EMC-testipaikan pätevöinnit: Sivuston jännitteen pysyvän aallon suhde vs. aika-alueen heijastimetria

Käsitteellisesti SVSWR-menetelmä on melko yksinkertainen ja helposti ymmärrettävä. Kuten minkä tahansa VSWR-mittauksen kohdalla, tavoitteena on mitata seisovan aallon suurin ja pienin arvo kuvan 1 mukaisesti. Näiden arvojen suhde on VSWR. Yleisin VSWR-mittauksen sovellus on siirtojohtojen arvioinnissa. Jos siirtojohdon päässä on impedanssin ristiriita siirtojohdon impedanssien ja kuorman välillä (esimerkiksi), tulee olemaan rajaehto, joka johtaa heijastuneeseen aaltoon. Heijastunut aalto on siirtolinjan eri paikoissa rakentavasti tai destruktiivisesti vuorovaikutuksessa lähteen jatkuvan aallon kanssa. Tuloksena oleva rakenne (suora ja heijastunut aaltoyhdistelmä) on seisova aalto. Yksinkertainen esimerkki tästä löytyy CISPR 14-1: n laitteiden vaatimasta suoritetusta tehotestistä. Tässä testissä muunninta (virtapihtiä) liikutetaan pitkin tuotteen jatkettua virtajohtoa pyrittäessä mittaamaan virtajohdon maksimijännite mielenkiinnon kohteena olevalla taajuusalueella. Sama tapahtuma toteutuu epätäydellisellä testialueella. Siirtojohto on polku testattavasta laitteesta vastaanottoantenniin. Heijastuneet aallot syntyvät muista testiympäristön kohteista. Nämä esineet voivat vaihdella kammion seinistä rakennuksiin ja autoihin (avoimilla testialueilla). Aivan kuten voimajohdon tapauksessa, syntyy seisova aalto. Paikan VSWR- tai SVSWR-testiä varten määritetty testi on esitetty kuvassa 2.

Pysyvän aallon fyysiset mitat ovat kriittinen tekijä seisovan aallon tarkassa mittauksessa. Tavoitteena on jälleen löytää suurin ja pienin arvo. CISPR 16-1-4: n SVSWR-testissä ehdotetaan seisovan aallon mittaamista testialueella siirtämällä lähetysantennia kammion suoraa linjaa pitkin ja mittaamalla vastaanotettu jännite päästöantennilla normaalissa tuotetestauksessa käytetyssä paikassa. Aivan kuten suoritetussa tehokokeessa tai vastaavassa VSWR-mittauksessa, tarvitaan kaikuanturin tai SVSWR: n tapauksessa lähetysantennin jatkuva liike pysyvän aallon maksimien ja minimien sieppaamisen varmistamiseksi. Tämä voitaisiin tehdä kullakin taajuudella, mutta vain huomattavilla kustannuksilla ja ajalla. Tämän seurauksena CISPR-työryhmä päätti tehdä kompromisseja ja mitata vain kuusi fyysistä sijaintia kullekin tilavuuspaikalle (katso kuva 3). Ainoa toinen tapa vähentää testiaikaa oli vähentää mittauksen taajuusresoluutio (esim. Mittaa vähemmän taajuuksia, mutta kullakin taajuusmittauksella enemmän paikkoja). Tämän vaihtoehdon ongelmana on, että monilla heijastavilla esineillä voi olla kapeat spektriominaisuudet. Toisin sanoen jotkut materiaalit voivat heijastaa merkittävästi kapealla taajuusalueella. Tämän seurauksena työryhmä päätti soveltaa testiin enintään 50 MHz: n askelkokoa, jolloin tuloksena oli vähintään 340 taajuutta 1-18 GHz, mutta vain kuusi sijaintia, kuten kuvassa 3 on esitetty.

Kuva 3: SVSWR-mittauspaikat ja -asennot
Pysyvän aallon näytteenotto vain erillisellä lukumäärällä paikkoja voi uskottavasti tuottaa riittävän tarkkuuden arvioida likimääräinen SVSWR vaiheiden koosta riippuen. Toinen kompromissi oli kuitenkin, että samat määrätyt paikat kullekin taajuudelle, jotta testi säästää aikaa siirtämällä antennia ja pyyhkäisytaajuutta. Valitut asennot ovat 0, +2, +10, +18, +30, +40 cm. Yritä kuvitella viivaimen päälle asetettua merkkiaalloa, jossa on kuusi merkkiä. Kuvittele nyt, kuinka merkkiaalto pakataan yhä lyhyemmiksi aallonpituuksiksi. Kuva 4 havainnollistaa tätä ajatuskoketta. Tulee olemaan taajuuksia, joissa valitut paikat eivät koskaan tule lähelle merkkiaallon todellisia maksimi- tai minimimääriä. Tämä on kompromissi, joka johtaa vaatimustenmukaisuuden puolueellisuuteen, esim. Tulos on aina pienempi kuin todellinen SVSWR. Tämä poikkeama on virhetermi, eikä sitä pidä sekoittaa mittauksen epävarmuusosuuteen.

Kuva 4: SVSWR-mittauspaikat vs. aallonpituus
Kuinka suuri virhetermi on? Jos ajattelemme kuvassa 4 esitettyä esimerkkiä, on selvää, että aallonpituus on 2 senttimetriä. Se olisi 15 GHz: n merkkiaalto. Tällä taajuudella ei olisi mitattua seisovaa aaltoa, koska aallonpituus on 2 cm ja muut paikat ovat jopa 2: n kerrannaisia ​​(10, 18, 30 ja 40 cm)! Tietysti sama ongelma esiintyy taajuudella 7.5 GHz. Lähes jokaisella taajuudella näytteenotto ei mittaa enimmäis- eikä vähimmäismäärää.

Laboratorion on mitattava neljä kuvassa 3 esitettyä sijaintia kahdessa polaarisuudessa ja vähintään kahdessa korkeudessa CISPR 16-1-4: n mukaisesti. Mittausalue on 1-18 GHz. Viime aikoihin asti ainoat saatavilla olevat antennit, jotka täyttivät kuvion vaatimukset, olivat saatavana malleissa 1-6 GHz ja 6-18 GHz. Seurauksena on, että testiaika näkyy yhtälössä 1:

Missä: tx = aika toiminnon x suorittamiseen, ny = toiminnan Y lukumäärä.


Yhtälö 1: Arvioitu SVSWR-testiaika
Tämän sijaintien, sijaintien, polariteettien, korkeuksien ja antennien yhdistelmän tulos johtaa melko pitkään testiin. Tämä aika on laboratorion vaihtoehtoiskustannus.
Vaihtoehtoiset kustannukset ovat tuloja, jotka muuten olisi voitu saavuttaa tämän pitkän testin suorittamisen sijaan. Esimerkiksi tämän testin tyypillinen testiaika on vähintään kolme testivuoroa. Jos laboratorio veloittaisi 2,000 dollaria vuorosta, tämä testi edustaa vuotuisia vaihtoehtoiskustannuksia, olettaen, että sivusto tarkistetaan vuosittain suositusten mukaisesti, vähintään 6,000 12,000 - 14,000 XNUMX dollaria. Tämä ei sisällä erityisten antennien alkukustannuksia (XNUMX XNUMX dollaria USD).


Sijainnin epävarmuus
Jokainen SVSWR-menetelmän mittaus edellyttää lähettävän antennin sijoittamista määritettyihin kohtiin (0, 2, 10, 18, 30, 40 cm). Koska laskelmat on korjattu etäisyyden mukaan, paikannuksen toistettavuus ja toistettavuus vaikuttaa suoraan mittausepävarmuuteen. Sitten tulee kysymys, kuinka toistettavissa ja toistettavissa on antennien sijoittelu niin pieninä välein kuin 2 cm? Äskettäin UL: ssä tehty gage-tutkimus on osoittanut, että tämä osuus on noin 2.5 mm tai noin 15% 18 GHz: n aallonpituudesta. Tämän tekijän suuruus riippuu taajuudesta ja seisovan aallon amplitudista (tuntematon).

Toinen paikannukseen liittyvä tekijä on kulma antennikuvioon nähden. CISPR 16-4-1: n antennimallivaatimusten vaihtelu on H + -tasossa karkeasti +/- 2 tai 3 dB ja E-tasossa vielä suurempi. Jos valitset kaksi antennia, joilla on erilainen kuvio, mutta molemmat täyttävät mallivaatimukset, voit saada hyvin erilaisia ​​tuloksia. Tämän antennin antennin vaihtelevuuden (toistettavuusongelma) lisäksi lähetykseen käytetyillä antenneilla ei ole täysin symmetrisiä kuvioita (esim. Kuviot vaihtelevat pienillä kulmaväleillä), kuten standardissa on esitetty. Tämän seurauksena mikä tahansa muutos lähettävän antennin kohdistuksessa vastaanottavaan antenniin johtaa muuttuneeseen vastaanotettuun jännitteeseen (toistettavuusongelma). Kuva 5 havainnollistaa SVSWR-antennin todellisia kuvionmuutoksia pienin lisäyksin kulmassa. Nämä todelliset kuvioominaisuudet johtavat merkittävään kulmapaikannuksen vaihteluun.


Kuva 5: SVSWR-antennikuvio
Antennivahvistuksen muutokset suhteellisen pienten kulmakiertojen funktiona aiheuttavat jopa 1 dB vaihtelua esitetyssä esimerkissä.Aikatoimintamenetelmä SVSWR: n hankkimiseksi

CISPR 16-1-4: n SVSWR-menetelmä perustuu antennien liikkumiseen tilojen mukaan vaihtaakseen suhdetta suoran aallon ja kammion epätäydellisyydestä heijastuneiden aaltojen välillä. Kuten aikaisemmin keskusteltiin, kun aallot lisääntyvät rakentavasti, kahden antennin välillä on huippuvaste (Emax) ja kun aallot lisäävät tuhoisaa, on minimaalinen vaste (Emin). Lähetys voidaan ilmaista muodossa

missä E on vastaanotettu kentän voimakkuus.

ED on suora reittisignaali, N on heijastusten kokonaismäärä paikasta (tämä voi sisältää yksittäisiä tai useita heijastuksia kammion seinistä tai avoimen alueen epätäydellisyyksiä). ER (i) on I heijastunut signaali. Oletetaan johdannan helpottamiseksi, että heijastunut signaali on vain yksi (tämä ei menetä yleisyyttä). Sivuston VSWR (tai suhteellinen aaltoilu) voidaan ilmaista

Ratkaisemalla yhtälö 3 saadaan heijastuneen signaalin suora signaali
Kuten yhtälöstä 4 voidaan nähdä, nämä kaksi termiä, toisin sanoen heijastunut suora signaali -suhde (erelatiivinen) ja paikan VSWR (S) kuvaavat samaa fyysistä määrää - mittaa alueen heijastusten tasoa. Mittaamalla alueen VSWR (kuten CISPR 16-1-4: n tapauksessa) voimme määrittää, kuinka suuret heijastuneet aallot ovat suhteessa suoraan aaltoon. Ihanteellisessa tilanteessa ei ole heijastuksia, jolloin tulokseksi saadaan Erelative = 0 ja S = 1.

Kuten aikaisemmin keskusteltiin, heijastuneen ja suoran signaalin välisen suhteen havaitsemiseksi muutamme CISPR 16-1-4 -kohdan VSWR-menetelmässä erotusetäisyyttä, jotta suoran polun ja heijastuneiden signaalien välinen vaihesuhde voi vaihdella. Myöhemmin johdamme SVSWR: n näistä skalaarivasteista. On käynyt ilmi, että voimme saada saman SVSWR: n käyttämällä vektorimittauksia (jännite ja vaihe) tarvitsematta liikuttaa antenneja fyysisesti. Tämä voidaan tehdä modernin vektoriverkkoanalysaattorin (VNA) ja aikatason muunnosten avulla. Huomaa, että yhtälöt 2 - 4 pitävät paikkansa joko taajuusalueella tai aika-alueella. Aika-alueella voimme kuitenkin erottaa heijastuvat signaalit suorasta signaalista, koska ajankohta, jolloin ne saapuvat vastaanottoantenniin, on erilainen. Tätä voidaan pitää pulssina, joka lähetetään lähetysantennista. Aika-alueella suora aalto saapuu ensin vastaanottoantenniin ja heijastunut aalto saapuu myöhemmin. Käyttämällä aikaportointia (aikasuodatin) suoran signaalin vaikutus voidaan erottaa heijastuneista.

Todelliset mittaukset suoritetaan taajuusalueella VNA: n kanssa. Tulokset muunnetaan sitten aika-alueeksi käyttämällä käänteistä Fourier-muunnosta. Aikavyöhykkeessä käytetään aikaportointia suorien ja heijastuneiden signaalien jäsentämiseen. Kuvassa 6 on esimerkki kahden antennin välisestä aika-alueen vasteesta (käyttämällä käänteistä Fourier-muunnosta taajuusalueen mittauksista). Kuvio 7 esittää saman aikavyöhykevasteen suoran signaalin ollessa suljettuna. Aikatoimialueen tiedot (jäsentämisen jälkeen) muunnetaan lopulta takaisin taajuusalueeksi käyttämällä Fourier-muunnosta. Esimerkiksi, kun kuvion 7 data muunnetaan takaisin taajuusalueeseen, se edustaa ER: ää taajuuteen nähden. Loppujen lopuksi saamme saman erelatiivin kuin CISPR: n spatiaalinen vaihtelumenetelmä, mutta käymällä eri reittiä. Vaikka käänteinen Fourier-muunnos (tai sitä seuraava Fourier-muunnos) kuulostaa pelottavalta tehtävältä, se on itse asiassa sisäänrakennettu toiminto modernissa VNA: ssa. Se vie vain muutaman painikkeen painamisen.

Kuva 6: Aikavyöhykevaste (VNA-datan käänteisestä Fourier-muunnoksesta) kahden poratun havaitun antennin välillä. Markkeri 1 näyttää suoran signaalin, joka tapahtuu 10 ns x (3 x 108 m / s) = 3 m päässä lähetysantennista.

Kuva 7: Aikavyöhykevaste suoralla signaalilla suljettuna - jättää vain myöhään saapuvat (heijastuneet) signaalit.
Seuraavat vaiheet: Aikatoimialueen SVSWR-menetelmän parantaminen edelleenOlemme todenneet, että SVSWR spatiaalisella liikkeellä ja SVSWR aikatasolla tuottaa vastaavan datan. Empiiriset mittaukset voivat vahvistaa tämän pisteen. Vielä viipyvät kysymykset ovat: onko tämä testattavien laitteiden (EUT) edustavin tieto ja mitä epävarmuustekijöitä voimme saavuttaa antennivalintojen ansiosta? Viitaten yhtälöön 2, antennikuvio muokkaa kaikkia heijastuksia ennen niiden summaamista. Tarkastellaan yksinkertaisuuden vuoksi testikammiota, jossa moniheijastukset ovat merkityksettömiä. Siirtotielle on sitten seitsemän termiä, nimittäin suora signaali ja heijastukset neljästä seinästä, katosta ja lattiasta. CISPR 16-1-4: ssä lähetysantennikuviota koskevat hyvin erityiset vaatimukset. Käytännön syistä nämä vaatimukset eivät ole millään tavoin rajoittavia. Oletetaan esimerkiksi, että takaseinän heijastus on hallitseva epätäydellisyys, ja antennin etu- ja takasuhde on 6 dB (CISPR 16 -määrityksen mukaan). Sivustolla, jonka mitattu SVSWR = 2 (6 dB) ja jossa käytetään täydellistä isotrooppista antennia, ER / ED on 1/3. Jos käytämme antennia, jonka etu-taka-suhde on 6 dB, mitatusta SVSWR: stä tuleeAntenni, jonka etu-taka-suhde on 6 dB, aliarvioi SVSWR: n 20 * log (2.0 / 1.4) = 2.9 dB: llä. Yllä oleva esimerkki on selvästi liian yksinkertaistettu. Kun otetaan huomioon kaikki muut kammion heijastukset ja kaikki antennimallien muunnelmat, potentiaalinen epävarmuus on vielä suurempi. Toisessa polarisaatiossa (E-tasossa) ei ole mahdollista olla fyysistä isotrooppista antennia. Vielä suurempi haaste on määritellä tiukka antennikuvio, jonka kaikkien todellisten fyysisten antennien on täytettävä.

Kuvion vaihteluihin liittyvä kysely voidaan ratkaista kiertämällä lähetysantennia. Tässä kaaviossa emme tarvitse antennia, jolla on leveä säde - tuttu kaksinkertainen harjas aaltojohtoantenni, jota yleisesti käytetään tällä taajuusalueella, toimii hyvin. Edelleen on edullista, että edessä ja takana on suuri suhde (jota voidaan parantaa helposti asettamalla pieni pala absorboijaa antennin taakse). Toteutus on sama kuin aiemmin keskusteltiin aikatasotapa-menetelmällä, paitsi että kiertämme myös lähetysantennia 360 ° ja suoritamme maksimaalisen pidon. Sen sijaan, että yritettäisiin valaista kaikkia seiniä samanaikaisesti, tämä järjestelmä tekee sen yksi kerrallaan. Tämä menetelmä voi tuottaa tuloksia, jotka ovat hieman erilaisia ​​kuin YRITYS lähettää kaikille seinille samanaikaisesti. Voidaan väittää, että se on parempi mittari sivuston suorituskyvystä, koska todellisella EUT: llä on todennäköisesti kapea säde sen sijaan, että se näyttäisi erityisesti muotoillulta antennilta. Sen lisäksi, että vältetään antennimallien aiheuttama sotkuinen tilanne, voimme määrittää, missä kammiossa tai OATS: ssa esiintyy epätäydellisyyttä. Sijainti voidaan tunnistaa kiertokulmasta ja signaalin kulkemiseen tarvittavasta ajasta (siten etäisyydestä heijastuksen paikkaan).


Yhteenveto

Aikavyöhykemenetelmän edut ovat lukuisia. Se välttää aiemmin keskustellun alinäytteistämisen ongelman. Menetelmä ei riipu antennien fyysisestä siirtämisestä muutamaan erilliseen sijaintiin, ja SVSWR aikatasolta edustaa sivuston todellista arvoa. Lisäksi CISPR-menetelmässä polun pituudesta johtuvan vaikutuksen normalisoimiseksi antennien välinen tarkka etäisyys on tiedettävä. Etäisyydestä johtuvat epävarmuustekijät johtavat SVSWR: n epävarmuuksiin (kun otetaan huomioon tarvittavat pienet lisäykset, se on vielä haastavampaa). Aikavälillä ei ole etäisyyden normalisointiin liittyviä epävarmuustekijöitä. Lisäksi ehkä houkuttelevin ominaisuus loppukäyttäjälle on se, että SVSWR-aika-alue on paljon vähemmän aikaa vievä. Testausaika lyhenee lähes kuusi kertaa (katso yhtälö 1).

Täysin kaiuttomassa kammiossa on absorboiva käsittely kammion kaikissa neljässä seinässä, lattiassa ja katossa. Aika-alueen heijastuskyvyn (TDR) mittaukset voivat paitsi antaa tarkan arvion tämän tyyppisestä testipaikasta, myös antaa lisätietoja, kuten siitä, mistä tulevat suurimmat tekijät poikkeamille ihanteellisesta sivustosta.

Voi olla houkutus väittää, että CISPR-menetelmässä, koska antenneja liikutetaan, heijastuskohdat liikkuvat kammion seinämillä ja useammat epätäydellisyydet peitetään. Tämä on punainen silli. Vastaanottoantennin siirtämisen tarkoituksena on muuttaa vain vaihesuhteita. Kokonaismatka vaihteli 40 cm. Se tarkoittaa 20 cm: n (7.9 ”) peitettä seinällä geometrian käännösten vuoksi (jos siirtotie on yhdensuuntainen kammion seinän kanssa). Jotta teoria toimisi, meidän on itse asiassa oletettava, että absorboijien heijastusominaisuudet ovat tasaiset koko 20 cm: n pituudelta. Useamman alueen peittämiseksi on liikutettava antenneja huomattavasti voimakkaammin, kuten CISPR 16-1-4: ssä (edessä, keskellä, vasemmalla ja oikealla). favicon

Jätä viesti 

viestiluettelo