Capitolo 3 - L’esperienza della minicamera
anecoica schermata
In questo capitolo verrà riportata l’esperienza fatta con una minicamera anecoica di proprietà della OTO Melara spa, di cui si sono seguite la realizzazione e la verifica dell’efficacia di schermatura. Nel primo paragrafo sarà presentata una descrizione della minicamera e degli accorgimenti utilizzati durante la sua progettazione e costruzione, mentre nel secondo verranno descritte le operazioni effettuate per misurare l’efficacia di schermatura ed i risultati ottenuti.
3.1 La minicamera anecoica
La minicamera anecoica è stata realizzata per fungere da banco di prova sensore di particolari prodotti elettronici e quindi deve garantire sia un ambiente controllato dal punto di vista elettromagnetico al fine di non inficiare le misure effettuate in essa, sia un confinamento quasi totale del campo all’interno della minicamera per salvaguardare la sicurezza dell’operatore che vi si troverà a lavorare.
La minicamera è costituita da una cassa esterna metallica il cui scopo è quello di fornire la necessaria schermatura, da pannelli anecoici che ricoprono le pareti interne, da un cassetto di alloggio con il supporto a cui connettere il prodotto da testare e da un’antenna trasponder.
I pannelli anecoici sono fissati alle pareti interne della camera attraverso strip di velcro invece che tramite l’utilizzo di altri substrati (quali il legno), questo accorgimento permette la presenza di un piccolo “strato d’aria” tra i coni e la parete evitando la brusca transizione delle correnti dal materiale assorbente al substrato causato da un’eventuale costante dielettrica di quest’ultimo molto alta.
L’antenna è montata su di un supporto in vetroresina trasparente alle frequenze comprese nella banda di utilizzo della minicamera che garantisce una distanza di 15 cm tra la base dell’antenna e le punte dei coni anecoici.
Il cassetto di alloggio è semiestraibile per permettere in maniera agevole le operazioni necessarie alla sostituzione dei prodotti da testare e presenta sulla parete un ingresso a radiofrequenza.
Figura 3.1: La minicamera anecoica
Figura 3.3: Coni anecoici all’interno della camera ed antenna visibile nell’estremità superiore
In Tabella 3.1 sono riportate le dimensioni esterne della minicamera, in Tabella
3.2 le caratteristiche fisiche dei pannelli anecoici utilizzati per rivestire le pareti
interne ed in Tabella 3.3 le caratteristiche tecniche dell’antenna trasponder.
Lunghezza [cm] 94
Larghezza [cm] 94
Altezza [ cm] 140
Tabella 3.1: Dimensioni esterne della minicamera
Tipo di materiale assorbente Piramide
Modello ECCOSORB VHP-4
Altezza totale [cm] 11,4
Dimensioni pannello [cm] 61 x 61
Composizione schiuma di poliuretano impregnata di
polvere di carbonio
Densità 40 - 50 g/cm3 Tabella 3.2: Caratteristiche dei pannelli anecoici
Antenna (modello) European Antennas
LPA7-2050V/912
Tipo antenna a patch
Guadagno 8 dB
HPBW 70° x 60°
Polarizzazione verticale
Dimensioni [mm] 22 x 132 φ Tabella 3.3: Caratteristiche dell’antenna trasponder
3.1.1 Particolari ed accorgimenti
La cassa esterna metallica che funge da schermatura della minicamera è formata da pannelli d’alluminio, un pannello per ogni parete, di spessore 1 cm giuntati attraverso profilati standard ad angolo retto lungo i bordi e particolari profilati sugli spigoli, in cui si congiungono tre pannelli, spigoli che rappresentano il punto più piccolo delle giunzioni.
Le pareti superiore ed inferiore e tre delle pareti laterali sono fissate tramite rivettatura e presentano dunque delle giunzioni fisse; una parete laterale, opposta a quella in cui è collocato il cassetto, è semplicemente imbullonata, in modo da poter essere rimossa per operazioni di manutenzione straordinaria.
Una delle pareti laterali presenta un’apertura rettangolare in cui si và a fissare tramite imbullonatura un pannello sul quale si trovano i passaggi per l’alimentazione e per il cavo che trasmette il comando di apertura/chiusura del cassetto, il cui funzionamento può essere sia manuale che attraverso impianto pneumatico, e per l’alimentazione del prodotto sotto test (Figura 3.5).
L’attraversamento della parete da parte di conduttori elettrici, quali cavi di alimentazione o connettori che collegano l’apparecchiatura interna a quella esterna, riveste particolare importanza per il mantenimento di una buona efficacia di schermatura. Sì è provveduto sia a fornire di opportuni filtri soppressori i punti di connessione dei cavi non schermabili per evitare che i conduttori fungano da antenne vanificando in parte l’effetto dello schermo, sia a far sì che gli schermi dei cavi schermati fossero riferiti non ai pin dei connettori bensì al loro backshell tramite adattatori a 360°.
Figura 3.5: Si noti la guarnizione conduttiva sul bordo del pannello; a bordo pannello si vede il
connettore per la messa a terra
Essendo, ai fini dell’efficienza di schermatura, più importante la massima dimensione di un’apertura piuttosto che la sua area, si è provveduto lungo le unioni tra pannelli e profilati all’utilizzo di un giunto ogni 9 centimetri. La scelta effettuata ha come effetto, prendendo ad esempio la giunzione sulla dimensione maggiore delle pareti laterali e considerando il caso peggiore, peraltro non verosimile, di assenza di contatto fra le superfici sovrapposte se non tramite i giunti, quello di vedere 15 giunzioni di 9 centimetri ciascuna la cui SE totale vale:
(
)
20log
20log 1, 43
2
dBSE
d
n
λ
λ
=
≈
al posto di un’unica giunzione lunga 140 centimetri che comporta una SE pari a:
(
)
20log
20log 0,36
2
dBSE
d
λ
λ
=
≈
In tutte le giunzioni fisse o comunque riferite a pannelli la cui apertura avviene raramente sono state utilizzate guarnizioni a maglia intrecciata per garantire il miglior contatto elettrico possibile fra le superfici; per il cassetto, vista l’altissima frequenza di apertura e chiusura, si è scelto di utilizzare una guarnizione di tipo elastometrico per le caratteristiche meccaniche che questa presenta, in particolare la sua elasticità.
Nel caso del cassetto l’adeguata pressione necessaria, anche in presenza di guarnizioni conduttive, per un buon contatto elettrico è garantita dall’impianto di apertura/chiusura di tipo pneumatico e, nel caso di chiusura manuale, da una manopola disposta sul pannello frontale del cassetto.
La minicamera è stata infine dotata di un collegamento per la messa a terra e si è provveduto a sottoporre le superfici metalliche esterne, eccetto quelle di contatto con il cassetto, ad un trattamento che la proteggesse da eventuali ossidazioni.
3.2 Operazioni di misura e risultati
Completata la realizzazione della minicamera anecoica si è provveduto a testarne l’efficacia di schermatura per verificare che fosse soddisfatto il valore minimo desiderato pari a 60 dB; la verifica è stata effettuata in camera semi-anecoica a due differenti frequenze, 450 MHz e 10 GHz, dopo diversi cicli di apertura/chiusura del cassetto porta sensore in modo da simulare al meglio le condizioni in cui si troverà ad operare l’apparato.
Per la misura sono state utilizzate quattro diverse antenne, due a 400 MHz, una in trasmissione ed una in ricezione, e altre due a 10 GHz.
La scelta del tipo di antenne usate in trasmissione è stata dettata, oltre che dalla frequenza a cui effettuare la misura, soprattutto dal fatto che queste sarebbero state inserite all’interno della minicamera e quindi dalla necessità di essere di piccole dimensioni.
A 450 MHz sono state usate in trasmissione un’antenna a stilo installata su di un piccolo generatore di segnale a radiofrequenza ed in ricezione una logperiodica mentre a 10 GHz un’antenna H-plane sectorial horn di piccole dimensioni fornita di generatore di segnale in trasmissione ed un’antenna horn classica in ricezione. Le antenne in trasmissione sono state alimentate tramite batterie.
Figura 3.6: Antenna usata in trasmissione a 450 MHz con generatore ed alimentazione
La prima operazione effettuata è stata, per entrambe le frequenze d’interesse, la calibrazione del sistema.
In camera semi-anecoica si sono disposte le antenne trasmittente e ricevente ad una distanza di 1 metro allineandole in polarizzazione, si è collegata l’antenna ricevente ad un analizzatore di spettro tramite un cavo a radiofrequenza dopodiché si è alimentata l’antenna trasmittente.
Sull’analizzatore di spettro si è letta l’ampiezza della riga spettrale trasmessa e si è annotato il valore, dopodiché l’intera procedura è stata ripetuta con il secondo set d’antenne. Il set-up della calibrazione è mostrato in Figura 3.8.
Figura 3.8: Set-up per la calibrazione
Figura 3.10: Calibrazione alla frequenza di 10 GHz
Terminata la calibrazione, si è introdotta l’antenna trasmittente, assieme al generatore di segnale ed all’alimentazione, all’interno della minicamera anecoica posizionandola sul piano del cassetto in corrispondenza del sensore dopodiché si è chiuso il cassetto; trovandosi il sensore a 30 centimetri dalla parete del cassetto si è posta l’antenna in ricezione ad una distanza di 70 centimetri per ricreare la stessa distanza complessiva usata per la calibrazione. Collegata l’antenna ricevente all’analizzatore di spettro si è letto sullo strumento il valore della riga spettrale trasmessa dall’antenna all’interno della minicamera ed infine si è trovata l’efficacia di schermatura sottraendo a tale valore quello trovato in fase di calibrazione. In Figura 3.11 è mostrato il set-up di misura ed in Tabella 3.4 sono riportati i valori trovati.
Figura 3.12: Antenna TX della misura a 10 GHz posizionata nella minicamera assieme alle
batterie per l’alimentazione
Frequenza 450 MHz 10 GHz
Calibrazione 19 dB 36,5 dB
Misura 84,5 dB 107 dB
Valore di schermatura 65,5 dB 70,5 dB Tabella 3.4
Al termine di tutte le operazioni, ad entrambe le frequenze testate, la prestazione minima del valore di schermatura richiesta, che ricordiamo essere pari a 60 dB, è risultata garantita.
