Az EMC tesztelésének helyszíni minősítései: A telephely feszültségének állandó hullámaránya az időtartomány reflexiómérésével szemben

Fogalmilag az SVSWR módszer meglehetősen egyszerű és könnyen érthető. Mint minden VSWR mérésnél, itt is az állóhullám maximális és minimális értékének mérése a cél, az 1. ábrán látható módon. Ezen értékek aránya a VSWR. A VSWR mérés leggyakoribb alkalmazása a távvezetékek kiértékelésében. Ha a távvezeték végén impedancia-eltérés van a távvezeték impedanciái és a terhelés között (például), akkor lesz egy határfeltétel, amely visszavert hullámot eredményez. A visszavert hullám a távvezeték különböző helyein konstruktív vagy destruktív módon kölcsönhatásba lép a forrásból származó folyamatos hullámmal. A kapott konstrukció (közvetlen és visszavert hullámkombináció) állóhullám. Ennek egyszerű példája található a CISPR 14-1 készülékekhez szükséges készülékek elvégzett teljesítményvizsgálatában. Ebben a tesztben egy átalakítót (tápkapcsot) mozgatnak a termék meghosszabbított tápkábelén annak érdekében, hogy megmérjék a tápkábel maximális feszültségét a kívánt frekvenciatartományban. Ugyanez az esemény egy tökéletlen teszt helyszínen valósul meg. A távvezeték a tesztelt berendezés és a vevő antenna közötti út. Visszaverődő hullámokat hoznak létre a tesztkörnyezet más objektumaiból. Ezek a tárgyak a kamra falaitól az épületekig és az autókig terjedhetnek (a nyílt terepen végzett teszthelyeken). Csakúgy, mint egy távvezeték esetében, állandó hullám jön létre. A VSWR vagy SVSWR helyszíni tesztre beállított tesztet a 2. ábra mutatja.

Az állóhullám fizikai méretei kritikus tényezők az állóhullám pontos mérésében. A cél ismét a maximális és a legkisebb érték megtalálása. Az SVSWR teszt a CISPR 16-1-4-ben azt javasolja, hogy mérjék az állóhullámot a teszthelyen úgy, hogy az adóantennát egyenes vonal mentén mozgatják a kamrában, és a kapott feszültséget a kibocsátásantennával mérik a termék teszteléséhez használt szokásos helyen. Csakúgy, mint egy elvégzett teljesítménytesztnél vagy hasonló VSWR mérésnél, az állóhullám maximumainak és minimumainak rögzítésének biztosításához a jelátalakító, vagy SVSWR esetében az adóantenna folyamatos mozgására van szükség. Ez minden gyakorisággal megtehető, de csak jelentős ráfordítással és idővel. Következésképpen a CISPR munkacsoport úgy döntött, hogy kompromisszumot köt és csak hat fizikai helyzetet mér a volumetrikus helyeken (lásd a 3. ábrát). A tesztidő csökkentésének egyetlen másik lehetősége a mérés frekvenciafelbontásának csökkentése volt (pl. Kevesebb frekvenciát mérjen, de mindegyik frekvencián több pozíciót mérjen). Ezzel a lehetőséggel az a probléma, hogy sok tükröző objektumnak szűk spektrális jellemzői lehetnek. Más szavakkal, egyes anyagok szűk frekvenciatartományban jelentősen reflektálhatnak. Következésképpen a munkacsoport úgy döntött, hogy legfeljebb 50 MHz-es léptékméretet alkalmaz a vizsgálathoz, amelynek eredményeként legalább 340 frekvencia van 1-18 GHz között, de csak hat helyzetben van, amint azt a 3. ábra mutatja.

3. ábra: SVSWR mérési helyek és pozíciók
Az állóhullám mintavétele csak diszkrét számú pozíciónál hihetően elegendő pontosságot adhat ahhoz, hogy a lépések méretétől függően hozzávetőleges SVSWR-t számoljon. Egy másik kompromisszum az volt, hogy minden frekvencián ugyanazok az előírt pozíciók legyenek, hogy a teszt időt takarítson meg az antenna mozgatásával és a frekvencia söpörésével. A választott pozíciók 0, +2, +10, +18, +30, +40 cm. Próbáljon elképzelni egy jelhullámot, amely egy vonalzóra kerül, hat jel van rajta. Most képzelje el, hogy a jelhullámot egyre rövidebb hullámhosszakra tömörítse. A 4. ábra szemlélteti ezt a gondolati kísérletet. Lesznek olyan frekvenciák, ahol a kiválasztott helyek soha nem fognak megközelíteni a jelhullám valódi maximumát vagy minimumát. Ez egy olyan kompromisszum, amely megfelelési elfogultságot eredményez, például olyan eredmény, amely mindig alacsonyabb, mint a valódi SVSWR. Ez az elfogultság hibatétel, és nem szabad összetéveszteni a mérési bizonytalansági hozzájárulással.

4. ábra: SVSWR mérési helyek és hullámhossz
Mekkora a hiba kifejezés? Ha a 4. ábrán bemutatott példára gondolunk, akkor egyértelmű, hogy a hullámhossz 2 centiméter. Ez egy 15 GHz-es jelhullám lenne. Ennél a frekvenciánál nem lenne mért állóhullám, mert a hullámhossz 2 cm, a többi hely pedig akár 2-szeres (10, 18, 30 és 40 cm) többszöröse! Természetesen ugyanaz a probléma 7.5 GHz-en jelentkezik. Gyakorlatilag minden frekvencián a mintavétel nem eredményezi sem a maximumot, sem a minimumot.

A laboratóriumnak négy helyet kell megmérnie a 3. ábra szerint, két polaritással és legalább két magassággal a CISPR 16-1-4 szerint. A mérési tartomány 1-18 GHz. A közelmúltig az egyetlen rendelkezésre álló antenna, amely megfelelt a minta követelményeinek, 1-6 GHz és 6-18 GHz modellekben volt elérhető. Ennek következménye, hogy a tesztidő az 1. egyenletben látható:

Ahol: tx = az x funkció végrehajtásának ideje, ny = az Y tevékenység végrehajtásának száma.


1. egyenlet: Becsülje meg az SVSWR vizsgálati idejét
A pozíciók, helyek, polaritások, magasságok és antennák ezen kombinációjának eredménye meglehetősen hosszú tesztet eredményez. Ez az idő alternatív költségeket jelent a laboratórium számára.
Az alternatív költség az a bevétel, amely egyébként realizálható lenne e hosszadalmas teszt elvégzése helyett. Például ennek a tesztnek a tipikus vizsgálati ideje legalább három tesztváltás. Ha egy laboratórium 2,000 USD-t számít fel egy műszakért, akkor ez a teszt éves alternatívaköltséget jelent, feltéve, hogy a webhelyet az ajánlások szerint évente ellenőrzik, legalább 6,000–12,000 14,000 USD. Ez nem tartalmazza a speciális antennák kezdeti költségeit (XNUMX XNUMX USD).


Pozicionálási bizonytalanság
Az SVSWR módszer minden egyes mérése megköveteli az adó antenna pozícionálását a megadott pozíciókba (0, 2, 10, 18, 30, 40 cm). Mivel a számításokat korrigálták a távolságra, a pozicionálás megismételhetősége és reprodukálhatósága közvetlenül befolyásolja a mérési bizonytalanságot. Ekkor felmerül a kérdés, hogy mennyire megismételhető és reprodukálható az antennák elhelyezése 2 cm-es lépésekben? Egy nemrégiben UL-n végzett gage-vizsgálat kimutatta, hogy ez a hozzájárulás megközelítőleg 2.5 mm, vagyis a 15 GHz-es hullámhossz körülbelül 18% -a. Ennek a közreműködőnek a nagysága függ a frekvenciától és az állóhullám amplitúdójától (ismeretlen).

A helymeghatározással kapcsolatos második tényező a szög az antennamintához képest. A CISPR 16-4-1 antennaminta követelményeinek változékonysága nagyjából +/- 2 vagy 3 dB a H-síkban, és még szélesebb az E-síkban. Ha két különböző mintájú antennát választ, de mindkettő megfelel a minta követelményeinek, akkor nagyon különböző eredményeket érhet el. Ezen az antennától az antennaig terjedő variálhatóság (reprodukálhatósági probléma) mellett az adáshoz használt antennáknak nincsenek tökéletesen szimmetrikus mintázataik (pl. A minták a szög kis lépéseivel változnak), amint azt a szabvány mutatja. Ennek következtében az adóantenna és a vevőantenna egymáshoz igazításának bármilyen változása megváltoztatja a kapott feszültséget (megismételhetőségi probléma). Az 5. ábra egy SVSWR antenna tényleges mintaváltozásait szemlélteti, kis szöget növelve. Ezek a valódi mintázatjellemzők jelentős szögpozíció változékonyságot eredményeznek.


5. ábra: SVSWR antennaminta
Az antennaerősítés változásai a viszonylag kicsi szögelfordulások függvényében akár 1 dB változékonyságot is okoznak a bemutatott példában.Időtartomány-módszer az SVSWR megszerzéséhez

A CISPR 16-1-4 szabványban szereplő SVSWR módszer az antennák térbeli mozgatásán alapul, hogy megváltoztassa a fáziskapcsolatot a közvetlen hullám és a kamra tökéletlenségéből visszaverődő hullámok között. Amint azt korábban tárgyaltuk, amikor a hullámok konstruktívan összeadódnak, akkor a két antenna között csúcsválasz (Emax) van, és amikor a hullámok destruktív módon összeadódnak, akkor van egy minimális válasz (Emin). Az átvitel kifejezhető

ahol E a kapott térerősség.

Az ED a közvetlen útjel, N a helyről érkező visszaverődések teljes száma (ide tartozhat a kamra falainak egyszeri vagy többszörös visszaverődése vagy a nyitott terület hiányosságai). Az ER (i) az I. visszavert jel. A levezetés megkönnyítése érdekében tegyük fel, hogy csak egy visszavert jel van (ez nem fogja elveszíteni az általánosságot). A hely VSWR (vagy a relatív hullámméret) kifejezhető

A 3. egyenlet megoldásával megkapjuk a visszavert jel és a közvetlen jel arányát
Amint az a 4. egyenletből kitűnik, a két kifejezés, azaz a visszaverődő és a közvetlen jel aránya (Erelatív) és a VSWR (S) hely ugyanaz a fizikai mennyiséget írja le - ez a helyszín tükröződésének mértéke. A VSWR hely mérésével (mint a CISPR 16-1-4 esetében) megállapíthatjuk, hogy a visszavert hullámok mekkorák a közvetlen hullámhoz képest. Ideális helyzetben nincsenek reflexiók, így az Erelatív = 0 és az S = 1.

Amint arról korábban tárgyaltunk, a visszaverődött és a közvetlen jel arányának detektálása érdekében a CISPR 16-1-4 CSPR 2-4-XNUMX helyszíni VSWR módszerében megváltoztatjuk az elválasztási távolságot, így a közvetlen út és a visszavert jelek közötti fáziskapcsolat változtatható. Ezt követően ezekből a skaláris válaszokból származtatjuk az SVSWR-t. Kiderült, hogy ugyanazt az SVSWR-t vektoros (feszültség és fázis) mérésekkel megszerezhetjük anélkül, hogy az antennákat fizikailag mozgatnánk. Ez egy modern vektorhálózat-analizátor (VNA) és időtartomány-transzformációk segítségével valósítható meg. Figyelje meg, hogy a XNUMX–XNUMX. Egyenlet igaz a frekvenciatartományban vagy az időtartományban. Időtartományban azonban megkülönböztethetjük a visszavert jeleket a közvetlen jelektől, mert az az időpont, amikor a vevőantennához érkeznek, eltérő. Ezt úgy tekinthetjük, mint egy impulzust, amelyet az adóantennáról küldünk ki. Időszakban a közvetlen hullám először a vevőantennához érkezik, a visszavert hullám pedig később érkezik meg. Az időzárás (időszűrő) alkalmazásával a közvetlen jel hatása elválasztható a visszavertektől.

A tényleges méréseket frekvenciatartományban végezzük VNA-val. Az eredményeket ezután inverz Fourier transzformációval időtartományra transzformáljuk. Az időtartományban az időzárást alkalmazzák a közvetlen és visszavert jelek elemzésére. A 6. ábra két antenna közötti időtartomány-válasz példáját mutatja (frekvenciatartomány-mérésekből származó inverz Fourier-transzformáció alkalmazásával). A 7. ábra ugyanazt az időtartomány-választ mutatja, amikor a közvetlen jel kapuzva van. Az időtartomány adatait (az elemzés után) végül Fourier-transzformációval visszaalakítják frekvenciatartományba. Például, amikor a 7. ábra adatai visszaalakulnak frekvenciatartományba, az ER-t képviseli a frekvenciával szemben. Végül ugyanazt az Erelative-t kapjuk, mint a CISPR térbeli változó módszert, de más útvonalon haladva. Bár az inverz Fourier-transzformáció (vagy az azt követő Fourier-transzformáció) félelmetes feladatnak tűnik, valójában egy modern VNA beépített funkciója. Nem kell több, mint néhány gomb megnyomása.

6. ábra: Időtartomány-válasz (a VNA-adatok inverz Fourier-transzformációjából) két furatban észlelt antenna között. Az 1. jelölő azt a közvetlen jelet mutatja, amely 10 ns x (3 x 108 m / s) = 3 m-re az adóantennától.

7. ábra: Időtartomány-válasz a közvetlen jelzéssel elzárva - csak késői érkezési (visszavert) jeleket hagyva.
Következő lépések: Az időtartomány SVSWR módszerének továbbfejlesztéseMegállapítottuk, hogy az SVSWR térbeli mozgás és az SVSWR időtartomány alapján egyenértékű adatokat hoz létre. Az empirikus mérések igazolhatják ezt a pontot. A még mindig elhúzódó kérdések: vajon ezek-e a legreprezentatívabb adatok a tesztelés alatt álló berendezésekről (EUT), és milyen bizonytalanságokat érhetünk el az antennaválasztás miatt? A 2. egyenletre hivatkozva az összes visszaverődést az összegzés előtt az antennaminta módosítja. Az egyszerűség kedvéért vegyünk egy tesztkamrát, ahol a többszörös visszaverődés elhanyagolható. Ekkor az átvitel útjában hét kifejezés van, nevezetesen a közvetlen jel és a visszaverődések négy falról, a mennyezetről és a padlóról. A CISPR 16-1-4 szabványban nagyon specifikus követelmények vonatkoznak az adó antenna mintázatára. Gyakorlati okokból ezek a követelmények korántsem korlátozóak. Tegyük fel például, hogy a hátsó fal visszaverődése a domináns tökéletlenség, és az antenna elülső és hátsó aránya 6 dB (a CISPR 16 specifikáción belül). Tökéletes izotrop antennát használó, SVSWR = 2 (6 dB) mért helynél az ER / ED 1/3. Ha olyan antennát használunk, amelynek front-back aránya 6 dB, akkor a mért SVSWR leszA 6 dB elöl-hátul arányú antenna alulbecsüli az SVSWR-t 20 * log (2.0 / 1.4) = 2.9 dB-el. A fenti példa nyilvánvalóan túlságosan leegyszerűsített. A kamra minden más visszaverődését és az antennaminták minden variációját figyelembe véve a potenciális bizonytalanság még nagyobb. A másik polarizációban (E-síkban) nem lehetséges fizikai izotróp antenna. Még nagyobb kihívást jelent egy szigorú antennaminta meghatározása, amelynek minden valós fizikai antennának meg kell felelnie.

A mintaváltozatokkal kapcsolatos kérdés megoldható az adóantenna elforgatásával. Ebben a sémában nincs szükségünk széles sugárzású antennára - az ebben a frekvenciatartományban általában használt, jól ismert kettős gerincű hullámvezető antenna jól fog működni. Továbbra is előnyös, ha nagy az elülső és a hátsó arány (ami könnyen javítható, ha egy kis darab abszorbert az antenna mögé helyezünk). A megvalósítás megegyezik az időtartomány módszerrel korábban tárgyaltakkal, azzal a különbséggel, hogy az adóantennát is 360 ° -kal elforgatjuk és maximális tartást hajtunk végre. Ahelyett, hogy megpróbálná megvilágítani az összes falat egyszerre, ez a séma egyenként teszi. Ez a módszer olyan eredményeket hozhat, amelyek kissé eltérnek az ATTEMPTINGtől, hogy egyszerre sugározzanak az összes falra. Vitatható, hogy ez jobb mérőszáma a webhely teljesítményének, mivel egy valódi EUT valószínűleg keskeny sugárral rendelkezik, nem pedig kifejezetten kialakított antennának tűnik. Amellett, hogy elkerüljük az antennaminták miatti rendetlen helyzetet, pontosan meghatározhatjuk, hol történik egy tökéletlenség egy kamrában vagy egy OATS-ban. A helyzet meghatározható a forgásszögből és a jel haladásához szükséges időből (tehát a távolságtól a visszaverődés helyéig).


Következtetés

Az időtartomány-módszer számos előnye van. Kerüli a korábban tárgyalt alulmintavételi kérdés buktatóját. A módszer nem attól függ, hogy az antennákat néhány diszkrét helyre fizikailag áthelyezik, és az időtartományból származó SVSWR képviseli a hely valódi értékét. A CISPR módszerben az út hossza miatti hatás normalizálásához ismerni kell az antennák közötti pontos távolságot. A távolság miatti bizonytalanságok az SVSWR bizonytalanságává válnak (figyelembe véve a szükséges kis növekményeket, még nagyobb kihívást jelent). Időtartományban nincsenek távolság-normalizálási bizonytalanságok. Ezenkívül a végfelhasználó számára talán a legvonzóbb jellemző, hogy az SVSWR időtartomány sokkal kevésbé időigényes. A tesztidő csaknem hatszorosára csökken (lásd az 1. egyenletet).

A teljesen visszhangmentes kamra abszorpciós kezeléssel rendelkezik a kamra mind a négy falán, padlóján és mennyezetén. Az időtartomány tükröződésének (TDR) mérései nemcsak pontos vizsgálatot nyújthatnak az ilyen teszthelyről, hanem további információkkal is szolgálhatnak, például arról, honnan származnak az ideális helytől való eltérések legnagyobb mértékben.

Kísértés lehet azzal érvelni, hogy a CISPR módszerben, mivel az antennák elmozdulnak, a reflexiós pontok a kamra falain mozognak, és a tökéletlenségek több területét lefedik. Ez egy vörös hering. A vételi antenna mozgatásának célja csak a fáziskapcsolatok megváltoztatása. A teljes távolság 40 cm volt. A geometriai fordítások miatt 20 cm (7.9 ”) lefedettséget jelent a falon (ha az átviteli út párhuzamos a kamra falával). Az elmélet megvalósításához valójában azt kell feltételeznünk, hogy az abszorberek visszaverődésének tulajdonságai a 20 cm teljes hosszában egyenletesek. Több terület lefedéséhez sokkal drasztikusabban kell mozgatni az antennákat, ahogyan ez a CISPR 16-1-4-ben történik (elülső, középső, bal és jobb hely). favicon

Hagyjon üzenetet 

Üzenetlista