Kvalifikacije EMC ispitnog mjesta: Omjer valnog napona na mjestu i reflektometrija vremenske domene

Konceptualno, SVSWR metoda prilično je jednostavna i lako razumljiva. Kao i kod svakog VSWR mjerenja, cilj je izmjeriti maksimalne i minimalne vrijednosti stojećeg vala kao što je prikazano na slici 1. Omjer tih vrijednosti je VSWR. Najčešća primjena VSWR mjerenja je u procjeni dalekovoda. Ako postoji neusklađenost impedancije na kraju dalekovoda između impedancija dalekovoda i tereta (na primjer), postojat će granični uvjet koji rezultira reflektiranim valom. Reflektirani val će na različitim mjestima na dalekovodu konstruktivno ili destruktivno komunicirati s kontinuiranim valom iz izvora. Rezultirajući konstrukt (kombinacija izravnog i odbijenog vala) je stojeći val. Jednostavan primjer za to nalazi se u provedenom ispitivanju snage potrebnom za uređaje u CISPR 14-1. U ovom se ispitivanju pretvarač (stezaljka za napajanje) pomiče duž produženog kabela za napajanje proizvoda u nastojanju da izmijeni maksimalni napon na kabelu za struju u opsegu frekvencija od interesa. Isti se događaj realizira na nesavršenom poligonu. Dalekovod je put od opreme koja se ispituje do prijemne antene. Reflektirani valovi stvaraju se od drugih objekata u testnom okruženju. Ti bi se predmeti mogli kretati od zidova komore do zgrada i automobila (na otvorenim poligonima). Baš kao i u slučaju dalekovoda, stvara se stojni val. Test postavljen za web VSWR ili SVSWR test prikazan je na slici 2.

Fizičke dimenzije stojećeg vala kritični su čimbenik za točno mjerenje stojećeg vala. Cilj je, opet, pronaći maksimalnu i minimalnu vrijednost. SVSWR test u CISPR 16-1-4 predlaže mjerenje stojećeg vala na pokusnom mjestu pomicanjem odašiljačke antene duž ravne crte u komori i mjerenjem primljenog napona s antenskom antenom na normalnom mjestu koje se koristi za ispitivanje proizvoda. Baš kao i u provedenom ispitivanju snage ili sličnom VSWR mjerenju, potrebno je kontinuirano kretanje pretvarača, ili u slučaju SVSWR odašiljačke antene, kako bi se osiguralo hvatanje maksimuma i minimuma stojećeg vala. To se moglo učiniti na svakoj frekvenciji, ali samo uz znatne troškove i vrijeme. Slijedom toga, radna skupina CISPR odlučila je kompromitirati i izmjeriti samo šest fizičkih položaja za svako od volumetrijskih mjesta (vidi sliku 3). Jedina druga opcija za smanjenje vremena ispitivanja bilo je smanjenje frekvencijske razlučivosti mjerenja (npr. Izmjerite manje frekvencija, ali na svakoj frekvenciji izmjerite više položaja). Problem s tom opcijom je taj što mnogi objekti koji odražavaju mogu imati uske spektralne karakteristike. Drugim riječima, neki materijali mogu značajno odražavati uski frekvencijski raspon. Slijedom toga, radna skupina odlučila je primijeniti maksimalnu veličinu koraka od 50 MHz na test što je rezultiralo s najmanje 340 frekvencija od 1-18 GHz, ali sa samo šest položaja kao što je prikazano na slici 3.

Slika 3: Mjesta i položaji mjerenja SVSWR-a
Uzorkovanje stojećeg vala na samo diskretnom broju položaja može vjerovatno pružiti dovoljnu točnost za izračunavanje približnog SVSWR-a, ovisno o veličini koraka. Međutim, još jedan kompromis bio je imati iste propisane položaje za svaku frekvenciju kako bi test uštedio vrijeme pomicanjem antene i frekvencijom pomeranja. Odabrani položaji su 0, +2, +10, +18, +30, +40 cm. Pokušajte zamisliti znakovni val postavljen na ravnalo sa šest oznaka. Sada zamislite komprimiranje znakovnog vala u sve kraće i kraće valne duljine. Slika 4 ilustrira ovaj misaoni eksperiment. Bit će frekvencija na kojima se odabrana mjesta nikada neće približiti istinskim maksimumima ili minimumima znakovnog vala. Ovo je kompromis koji će rezultirati pristranosti u pogledu usklađenosti, npr. Rezultat koji je uvijek niži od istinskog SVSWR-a. Ova pristranost je pojam pogreške i ne treba je miješati s doprinosom mjerne nesigurnosti.

Slika 4: Mjerenja SVSWR-a u odnosu na valnu duljinu
Koliki je pojam pogreške? Ako se sjetimo primjera prikazanog na slici 4, jasno je da je valna duljina 2 centimetra. To bi bio znakovni val od 15 GHz. Na toj frekvenciji ne bi bilo izmjerenog stojećeg vala, jer je valna duljina 2 cm, a ostala mjesta su čak i višestruka od 2 (10, 18, 30 i 40 cm)! Naravno, isti se problem javlja na 7.5 GHz. Gotovo na svakoj frekvenciji uzorkovanje ne rezultira ni maksimumom ni minimumom.

Laboratorij mora izmjeriti četiri mjesta, kao što je prikazano na slici 3, u dva polariteta i najmanje dvije visine u skladu sa CISPR 16-1-4. Područje mjerenja je 1-18 GHz. Do nedavno, jedine dostupne antene koje su udovoljavale zahtjevima uzorka bile su dostupne u modelima od 1-6 GHz i 6-18 GHz. Posljedica je da je vrijeme ispitivanja prikazano u jednadžbi 1:

Gdje je: tx = vrijeme za izvršavanje funkcije x, ny = koliko je puta aktivnost Y potrebna.


Jednadžba 1: Procijenite vrijeme ispitivanja za SVSWR
Rezultat ove kombinacije položaja, mjesta, polariteta, visina i antena rezultira prilično dugim testom. Ovo vrijeme predstavlja oportunitetni trošak za laboratorij.
Oportunitetni trošak prihod je koji bi inače mogao biti ostvaren umjesto provođenja ovog dugotrajnog testa. Kao primjer, tipično vrijeme ispitivanja za ovo ispitivanje su najmanje tri ispitne smjene. Ako bi laboratorij naplatio smjenu od 2,000 USD, ovaj test predstavlja godišnji oportunitetni trošak, pod pretpostavkom da se stranica provjerava godišnje prema preporukama, od najmanje 6,000 - 12,000 USD. To ne uključuje početne troškove posebnih antena (14,000 XNUMX USD).


Neizvjesnost pozicioniranja
Svako mjerenje SVSWR metode zahtijeva pozicioniranje antene odašiljača na navedena mjesta (0, 2, 10, 18, 30, 40 cm). Budući da su proračuni ispravljeni za udaljenost, ponovljivost i ponovljivost pozicioniranja izravno utječu na mjernu nesigurnost. Tada se postavlja pitanje, koliko je postavljanje antena u koracima od samo 2 cm ponovljivo i ponovljivo? Nedavno ispitivanje mjerača provedeno na UL pokazalo je da je ovaj doprinos približno 2.5 mm ili oko 15% od valne duljine od 18 GHz. Veličina ovog suradnika ovisit će o frekvenciji i amplitudi stojećeg vala (nepoznato).

Drugi faktor koji se odnosi na pozicioniranje je kut u odnosu na uzorak antene. Zahtjevi za uzorkom antene u CISPR 16-4-1 imaju varijabilnost od otprilike +/- 2 ili 3 dB u H-ravnini i još šire u E-ravnini. Ako odaberete dvije antene s različitim uzorcima, ali obje ispunjavaju zahtjeve za uzorkom, možete dobiti vrlo različite rezultate. Uz ovu varijabilnost antene prema anteni (problem ponovljivosti), antene koje se koriste za prijenos nemaju savršeno simetrične uzorke (npr. Uzorci variraju s malim koracima u kutu) kao što je prikazano u standardu. Kao posljedica toga, svaka promjena u poravnanju antene koja odašilje s antenom za prijam rezultira promjenom primljenog napona (problem ponovljivosti). Slika 5 prikazuje stvarne promjene uzorka SVSWR antene s malim koracima u kutu. Te istinske karakteristike uzorka rezultiraju značajnom varijabilnošću kutnog pozicioniranja.


Slika 5: Uzorak antene SVSWR
Promjene pojačanja antene u funkciji relativno malih kutnih rotacija uzrokuju čak 1 dB varijabilnosti u prikazanom primjeru.Metoda vremenske domene za dobivanje SVSWR-a

SVSWR metoda u CISPR 16-1-4 temelji se na pomicanju antena prostorno kako bi se promijenio fazni odnos između izravnog vala i reflektiranih valova iz nesavršenosti komore. Kao što je prethodno rečeno, kada valovi dodaju konstruktivno, postoji vršni odziv (Emax) između dvije antene, a kada se valovi destruktivno dodaju, postoji minimalni odziv (Emin). Prijenos se može izraziti kao

gdje je E primljena jačina polja.

ED je signal izravne putanje, N je ukupan broj refleksija od mjesta (to može uključivati ​​pojedinačne ili višestruke refleksije od zidova komore ili nesavršenosti mjesta na otvorenom području). ER (i) je I-ti reflektirani signal. Radi lakšeg izvođenja, pretpostavimo da postoji samo jedan reflektirani signal (ovo neće izgubiti općenitost). VSWR mjesta (ili relativna veličina mreškanja) mjesta može se izraziti kao

Rješavanjem jednadžbe 3 dobivamo omjer odbijenog signala i izravnog signala
Kao što se može vidjeti iz jednadžbe 4, dva pojma, tj. Omjer reflektiranog i izravnog signala (Erelative) i mjesto VSWR (S) opisuju istu fizičku veličinu - mjeru razine refleksija na mjestu. Mjerenjem VSWR mjesta (kao što je slučaj u CISPR 16-1-4), možemo odrediti kolika je veličina odbijenih valova u odnosu na izravni val. U idealnoj situaciji nema refleksije, što rezultira Erelativom = 0 i S = 1.

Kao što je prethodno spomenuto, da bismo otkrili odnos između reflektiranog i izravnog signala, u VSWR metodi mjesta u CISPR 16-1-4 mijenjamo udaljenost razdvajanja tako da fazni odnos između izravnog puta i reflektiranih signala može varirati. Nakon toga izvodimo SVSWR iz ovih skalarnih odgovora. Ispada da isti SVSWR možemo dobiti pomoću vektorskih mjerenja (napona i faze) bez potrebe za fizičkim pomicanjem antena. To se može učiniti uz pomoć suvremenog vektorskog analizatora mreže (VNA) i transformacija vremenske domene. Primijetite da jednadžbe 2 do 4 vrijede bilo u frekvencijskoj ili u vremenskoj domeni. Međutim, u vremenskoj domeni možemo razlikovati odbijene signale od izravnih, jer je trenutak u kojem stižu na prijamnu antenu različit. To se može promatrati kao impuls koji se odašilje od odašiljačke antene. U vremenskoj domeni izravni val prvo će stići na prijamnu antenu, a reflektirani val kasnije. Primjenom vremenskog mjerenja (vremenski filtar) učinak izravnog signala može se odvojiti od reflektiranog.

Stvarna mjerenja izvode se u frekvencijskom području s VNA. Rezultati se zatim transformiraju u vremensku domenu pomoću inverzne Fourierove transformacije. U vremenskoj domeni primjenjuje se vremensko određivanje vremena za raščlanjivanje izravnih i odbijenih signala. Slika 6 prikazuje primjer odziva u vremenskoj domeni između dviju antena (korištenjem inverzne Fourierove transformacije iz mjerenja frekvencijske domene). Na slici 7 prikazan je isti odgovor vremenske domene s izravnim signalom prema van. Podaci vremenske domene (nakon raščlanjivanja) konačno se pretvaraju natrag u frekvencijsku domenu pomoću Fourierove transformacije. Na primjer, kada se podaci na slici 7 transformiraju natrag u frekvencijsku domenu, oni predstavljaju ER naspram frekvencije. Na kraju dobivamo isti Erelativ kao metoda prostornog variranja CISPR, ali prolaskom kroz drugu rutu. Iako inverzna Fourierova transformacija (ili naknadna Fourierova transformacija) zvuči kao zastrašujući zadatak, ona je zapravo ugrađena funkcija u modernom VNA. Potrebno je samo pritiskanje nekoliko gumba.

Slika 6: Odziv u vremenskoj domeni (iz inverzne Fourierove transformacije podataka VNA) između dvije antene s cilindrom. Oznaka 1 prikazuje izravni signal koji se javlja pri 10 ns x (3 x 108 m / s) = 3 m od odašiljačke antene.

Slika 7: Odziv vremenske domene s izravnim izravnim signalom - ostavljajući samo signale kasnog dolaska (reflektirani).
Sljedeći koraci: Daljnje poboljšavanje SVSWR metode vremenske domeneUstanovili smo da SVSWR prostornim kretanjem i SVSWR vremenskom domenom daju ekvivalentne podatke. Empirijska mjerenja mogu potvrditi ovu točku. Pitanja koja još uvijek traju su: jesu li ovo najreprezentativniji podaci za ispitnu opremu (EUT) i koje neizvjesnosti možemo postići odabirom antene? Pozivajući se na jednadžbu 2, sve refleksije mijenjaju se prema uzorku antene prije zbrajanja. Radi jednostavnosti, razmotrimo ispitnu komoru u kojoj su višestruki odsjaji zanemarivi. Tada na putu prijenosa imamo sedam članaka, naime izravni signal i refleksije s četiri zida, stropa i poda. U CISPR 16-1-4 postoje vrlo specifični zahtjevi za uzorak odašiljačke antene. Iz praktičnih razloga ti zahtjevi nikako nisu restriktivni. Na primjer, pretpostavimo da je refleksija stražnjeg zida dominantna nesavršenost, a omjer antene prema naprijed i nazad 6 dB (unutar CISPR 16 specifikacije). Za mjesto s izmjerenim SVSWR = 2 (6 dB) koji koristi savršenu izotropnu antenu, ER / ED je 1/3. Ako koristimo antenu s omjerom sprijeda prema natrag 6 dB, izmjereni SVSWR postajeAntena s omjerom sprijeda prema natrag od 6 dB podcjenjuje SVSWR za 20 * log (2.0 / 1.4) = 2.9 dB. Gornji je primjer očito pretjerano pojednostavljen. Kad se razmatraju svi drugi odbori komore i sve varijacije antenskih shema, potencijalna nesigurnost je još veća. U drugoj polarizaciji (u E-ravnini) nije moguće imati fizičku izotropnu antenu. Još je veći izazov definirati strogi uzorak antene, koji moraju ispuniti sve stvarne fizičke antene.

Nedoumice povezane s varijacijama uzorka mogu se riješiti okretanjem odašiljačke antene. U ovoj shemi ne treba nam antena sa širokim snopom - poznata dvostruko izrađena valovita antena koja se obično koristi u ovom frekvencijskom opsegu dobro će raditi. Još uvijek je poželjno imati veliki omjer sprijeda i natrag (koji se lako može poboljšati postavljanjem malog dijela apsorbera iza antene). Implementacija je ista kao što je ranije raspravljano za metodu vremenske domene, osim što također emitiramo antenu za odabir za 360 ° i izvodimo maksimalno zadržavanje. Umjesto da istovremeno pokušava osvijetliti sve zidove, ova shema to radi jedan po jedan. Ova metoda može dati rezultate koji se malo razlikuju od POKUŠAJA emitiranja na sve zidove istovremeno. Može se tvrditi da je to bolja metrika performansi mjesta, jer će pravi EUT vjerojatno imati uski snop, a ne izgledati poput posebno izrađene antene. Osim što ćemo izbjeći neurednu situaciju zbog uzoraka antena, možemo precizno odrediti gdje se u komori ili ZATOVICU javlja nesavršenost. Mjesto se može prepoznati iz kuta rotacije i vremena potrebnog za putovanje signala (dakle udaljenost do mjesta na kojem se refleksija događa).


Zaključak

Prednosti metode vremenske domene su brojne. Izbjegava zamku pitanja poduzorkovanja o kojem smo ranije raspravljali. Metoda ne ovisi o fizičkom premještanju antena na nekoliko diskretnih mjesta, a SVSWR iz vremenske domene predstavlja stvarnu vrijednost mjesta. Također, u metodi CISPR, da bi se normalizirao utjecaj zbog duljine puta, mora biti poznata točna udaljenost između antena. Sve nesigurnosti zbog udaljenosti prevode se u nesigurnosti SVSWR-a (s obzirom na male korake koji su potrebni, još je izazovniji). U vremenskom području ne postoje nesigurnosti normalizacije udaljenosti. Uz to, možda je najatraktivnija značajka za krajnjeg korisnika to što SVSWR s vremenskom domenom oduzima puno manje vremena. Vrijeme ispitivanja smanjuje se gotovo šest puta (vidi Jednadžbu 1).

Potpuno anehogena komora sadrži obradu apsorbera na sva četiri zida, podu i stropu komore. Mjerenja refleksije vremenske domene (TDR) ne samo da mogu pružiti točnu procjenu testnog mjesta kao što je ovo, već mogu pružiti i dodatne informacije poput toga odakle potječu najveći doprinos odstupanjima od idealnog mjesta.

Netko bi mogao doći u napast tvrditi da se u metodi CISPR, jer se antene pomiču, reflektirajuće točke pomiču na zidovima komore, i pokriva više područja s nepravilnostima. Ovo je crvena haringa. Svrha pomicanja prijemne antene je mijenjati samo fazne odnose. Ukupna udaljenost varira je 40 cm. Prevodi se na pokrivenost zida od 20 cm (7.9 ”) zbog geometrijskih prijevoda (ako je prijenosni put paralelan sa stijenkom komore). Da bi teorija uspjela, zapravo moramo pretpostaviti da su svojstva refleksije apsorbera jednaka duž cijelih 20 cm. Da bi se pokrilo više područja, potrebno je antene pomaknuti puno drastičnije, kao što je to učinjeno u CISPR 16-1-4 (prednja, srednja, lijeva i desna mjesta). favicon

Ostavite poruku 

Lista Poruka