Calificări ale site-ului de testare EMC: Raportul undei statice de tensiune a site-ului comparativ cu reflectometria domeniului de timp

Conceptual, metoda SVSWR este destul de simplă și ușor de înțeles. Ca și în cazul oricărei măsurători VSWR, obiectivul este de a măsura valorile maxime și minime ale unei unde staționare, așa cum este ilustrat în Figura 1. Raportul acestor valori este VSWR. Cea mai obișnuită aplicație a măsurării VSWR este în evaluarea liniilor de transmisie. Dacă există o nepotrivire a impedanței la sfârșitul unei linii de transmisie între impedanțele liniei de transmisie și sarcină (de exemplu), va exista o condiție de limită care are ca rezultat o undă reflectată. Unda reflectată va interacționa în mod constructiv sau distructiv cu unda continuă de la sursă, în diferite locații de pe linia de transmisie. Construcția rezultată (combinația de unde directe și reflectate) este o undă staționară. Un exemplu simplu în acest sens este găsit în testul de putere efectuat necesar pentru aparatele din CISPR 14-1. În acest test, un traductor (clemă de alimentare) este deplasat de-a lungul unui cablu de alimentare extins al produsului într-un efort de a măsura tensiunea maximă pe cablul de alimentare în intervalul de frecvență de interes. Același eveniment este realizat pe un site de testare imperfect. Linia de transmisie este calea de la echipamentul testat la antena de recepție. Undele reflectate sunt create din alte obiecte din mediul de testare. Aceste obiecte ar putea varia de la pereții camerei la clădiri și mașini (în locurile de testare în spații deschise). La fel ca în cazul unei linii de transmisie, se creează o undă staționară. Testul configurat pentru testul VSWR sau SVSWR al site-ului este prezentat în Figura 2.

Dimensiunile fizice ale undei staționare sunt un factor critic în măsurarea exactă a undei staționare. Obiectivul, din nou, este de a găsi valoarea maximă și minimă. Testul SVSWR din CISPR 16-1-4 propune măsurarea undei staționare pe un loc de testare prin deplasarea unei antene de transmisie de-a lungul unei linii drepte în cameră și măsurarea tensiunii recepționate cu antena de emisii în locația normală utilizată pentru testarea produsului. La fel ca într-un test de putere efectuat sau o măsurare VSWR similară, este necesară o mișcare continuă a traductorului sau, în cazul SVSWR, antena de transmisie, pentru a asigura captarea maximelor și minimelor undei staționare. Acest lucru se poate face la fiecare frecvență, dar numai cu cheltuieli și timp considerabil. În consecință, grupul de lucru CISPR a decis să compromită și să măsoare doar șase poziții fizice pentru fiecare dintre locațiile volumetrice (a se vedea Figura 3). Singura altă opțiune pentru reducerea timpului de testare a fost reducerea rezoluției de frecvență a măsurătorii (de exemplu, măsurați mai puține frecvențe, dar la fiecare frecvență măsurați mai multe poziții). Problema cu această opțiune este că multe obiecte care reflectă pot avea caracteristici spectrale înguste. Cu alte cuvinte, unele materiale pot reflecta semnificativ pentru o gamă îngustă de frecvență. În consecință, grupul de lucru a decis să aplice o dimensiune maximă a pasului de 50 MHz la test, rezultând un minim de 340 de frecvențe de la 1-18 GHz, dar cu doar șase poziții, așa cum se arată în Figura 3.

Figura 3: Locații și poziții de măsurare SVSWR
Eșantionarea unei unde staționare numai la un număr discret de poziții poate furniza în mod plauzibil o precizie suficientă pentru a calcula un SVSWR aproximativ în funcție de dimensiunea pașilor. Cu toate acestea, un alt compromis era acela de a avea aceleași poziții prescrise pentru fiecare frecvență, astfel încât testul să economisească timp prin mișcarea antenei și frecvența de măturare. Pozițiile alese sunt 0, +2, +10, +18, +30, +40 cm. Încercați să vă imaginați un val de semn suprapus pe o riglă cu șase semne pe ea. Acum imaginați-vă comprimând unda semnului în lungimi de undă din ce în ce mai scurte. Figura 4 ilustrează acest experiment de gândire. Vor fi frecvențe în care locațiile alese nu se vor apropia niciodată de adevăratele maxime sau minime ale undei de semne. Acesta este un compromis care va duce la o prejudecată de conformitate, de exemplu, un rezultat care este întotdeauna mai mic decât adevăratul SVSWR. Această prejudecată este un termen de eroare și nu trebuie confundat cu o contribuție la incertitudinea măsurării.

Figura 4: Locații de măsurare SVSWR față de lungimea de undă
Cât de mare este termenul de eroare? Dacă ne gândim la exemplul ilustrat în Figura 4, este clar că lungimea de undă este de 2 centimetri. Acesta ar fi un val de semn de 15 GHz. La acea frecvență, nu ar exista nicio undă staționară măsurată, deoarece lungimea de undă este de 2 cm, iar celelalte locații sunt chiar multipli de 2 (10, 18, 30 și 40 cm)! Desigur, aceeași problemă apare la 7.5 GHz. Practic la fiecare frecvență, eșantionarea are ca rezultat măsurarea nici a maximului, nici a minimului.

Un laborator trebuie să măsoare patru locații așa cum se arată în Figura 3 în două polarități și cel puțin două înălțimi în conformitate cu CISPR 16-1-4. Gama de măsurare este de 1-18 GHz. Până de curând, singurele antene disponibile care îndeplineau cerințele tiparului erau disponibile la modelele de 1-6 GHz și 6-18 GHz. Consecința este că timpul de testare este prezentat în ecuația 1:

Unde: tx = timpul pentru executarea funcției x, ny = de câte ori trebuie să se efectueze activitatea Y.


Ecuația 1: estimează timpul de testare pentru SVSWR
Rezultatul acestei combinații de poziții, locații, polarități, înălțimi și antene are ca rezultat un test destul de lung. Acest timp reprezintă un cost de oportunitate pentru laborator.
Costul oportunității este venitul care altfel ar fi putut fi realizat în locul efectuării acestui test îndelungat. De exemplu, un timp tipic de testare pentru acest test este cel puțin trei schimburi de testare. Dacă un laborator ar percepe 2,000 USD pentru o schimbare, acest test reprezintă un cost anual de oportunitate, presupunând că site-ul este verificat anual, după cum se recomandă, de cel puțin 6,000 - 12,000 USD. Aceasta nu include costurile inițiale ale antenelor speciale (14,000 USD).


Poziționarea incertitudinii
Fiecare măsurare a metodei SVSWR necesită poziționarea antenei de transmisie în pozițiile specificate (0, 2, 10, 18, 30, 40 cm). Deoarece calculele sunt corectate pentru distanță, repetabilitatea și reproductibilitatea poziționării afectează direct incertitudinea măsurării. Întrebarea devine atunci, cât de repetabilă și reproductibilă este poziționarea antenelor în trepte de până la 2 cm? Un studiu recent realizat la UL a demonstrat că această contribuție este de aproximativ 2.5 mm sau aproximativ 15% din lungimea de undă de 18 GHz. Mărimea acestui contribuitor va depinde de frecvență și amplitudinea undei staționare (o necunoscută).

Un al doilea factor legat de poziționare este unghiul față de modelul antenei. Cerințele modelului antenei din CISPR 16-4-1 au o variabilitate de aproximativ +/- 2 sau 3 dB în planul H și chiar mai larg în planul E. Dacă alegeți două antene cu modele diferite, dar ambele îndeplinesc cerințele modelului, puteți avea rezultate foarte diferite. În plus față de această variabilitate antenă la antenă (o problemă de reproductibilitate), antenele utilizate pentru a transmite nu au modele perfect simetrice (de exemplu, modelele variază cu mici creșteri ale unghiului) așa cum se arată în standard. În consecință, orice modificare a alinierii antenei de transmisie la antena de recepție are ca rezultat o tensiune recepționată modificată (o problemă de repetabilitate). Figura 5 ilustrează modificările reale ale modelului unei antene SVSWR cu mici creșteri ale unghiului. Aceste caracteristici adevărate ale modelului au ca rezultat o variabilitate semnificativă a poziționării unghiulare.


Figura 5: Modelul antenei SVSWR
Modificările câștigului antenei în funcție de rotații unghiulare relativ mici determină o variabilitate de până la 1 dB în exemplul prezentat.Metoda Time Domain pentru a obține SVSWR

Metoda SVSWR din CISPR 16-1-4 se bazează pe antene în mișcare spațial pentru a varia relația de fază dintre unda directă și undele reflectate de la imperfecțiunile camerei. După cum sa discutat anterior, când undele se adaugă în mod constructiv, există un răspuns de vârf (Emax) între cele două antene și când undele se adaugă distructiv, există un răspuns minim (Emin). Transmisia poate fi exprimată ca

unde E este intensitatea câmpului primit.

ED este semnalul de cale directă, N este numărul total de reflecții de la amplasament (aceasta ar putea include reflecții unice sau multiple de la pereții camerei sau imperfecțiunile locului zonei deschise). ER (i) este semnalul I reflectat. Pentru ușurința derivării, să presupunem că există un singur semnal reflectat (acest lucru nu va pierde generalitatea). Site-ul VSWR (sau dimensiunea relativă a ondulației) site-ului poate fi exprimat ca

Rezolvând ecuația 3, obținem raportul dintre semnalul reflectat și semnalul direct
Așa cum se poate vedea din ecuația 4, cei doi termeni, adică raportul semnalului reflectat la direct (erelativ) și site-ul VSWR (S) descriu aceeași cantitate fizică - o măsură a nivelului de reflexii în site. Măsurând site-ul VSWR (așa cum este cazul în CISPR 16-1-4), putem determina cât de mari sunt undele reflectate față de unda directă. Într-o situație ideală, nu există reflexii, rezultând Erelative = 0 și S = 1.

După cum sa discutat anterior, pentru a detecta raportul dintre semnalul reflectat și semnalul direct, în metoda VSWR a site-ului din CISPR 16-1-4, schimbăm distanța de separare, astfel încât relația de fază dintre calea directă și semnalele reflectate poate fi variată. Ulterior, derivăm SVSWR din aceste răspunsuri scalare. Se pare că putem obține același SVSWR folosind măsurători vectoriale (tensiune și fază) fără a fi nevoie să mutăm fizic antenele. Acest lucru se poate face cu ajutorul unui analizor modern de rețea vectorială (VNA) și a transformărilor domeniului de timp. Observați că ecuațiile 2-4 sunt valabile fie în domeniul frecvenței, fie în domeniul timpului. Cu toate acestea, în domeniul timpului putem distinge semnalele reflectate de semnalul direct, deoarece momentul în care ajung la antena de recepție este diferit. Acesta poate fi văzut ca un impuls trimis de la antena de transmisie. În domeniul timpului, unda directă va ajunge mai întâi la antena de recepție, iar unda reflectată va ajunge mai târziu. Prin aplicarea temporizării (un filtru de timp), efectul semnalului direct poate fi separat de cele reflectate.

Măsurătorile efective sunt efectuate în domeniul frecvenței cu un VNA. Rezultatele sunt apoi transformate în domeniu de timp folosind transformata Fourier inversă. În domeniul timpului, temporizarea este aplicată pentru a analiza semnalele directe și reflectate. Figura 6 prezintă un exemplu de răspuns al domeniului timp între două antene (prin utilizarea transformării Fourier inverse din măsurători de domeniu de frecvență). Figura 7 prezintă același răspuns al domeniului de timp cu semnalul direct închis. Datele domeniului de timp (după analiză) sunt în cele din urmă convertite înapoi în domeniul frecvenței folosind transformata Fourier. De exemplu, când datele din Figura 7 sunt transformate înapoi în domeniul frecvenței, ele reprezintă ER versus frecvență. În cele din urmă, obținem aceeași erelativă ca metoda de variație spațială CISPR, dar parcurgând un traseu diferit. Deși transformata Fourier inversă (sau transformata Fourier ulterioară) sună ca o sarcină descurajantă, este de fapt o funcție încorporată într-un VNA modern. Nu este nevoie decât de apăsarea câtorva butoane.

Figura 6: Răspunsul domeniului de timp (din transformarea Fourier inversă a datelor VNA) între două antene cu orificiu. Markerul 1 arată semnalul direct care apare la 10 ns x (3 x 108 m / s) = 3 m de la antena de transmisie.

Figura 7: Răspunsul domeniului de timp cu semnalul direct închis - lăsând doar semnale de sosire târzie (reflectate).
Pașii următori: Îmbunătățirea metodei SVSWR în domeniul timpuluiAm stabilit că SVSWR prin mișcare spațială și SVSWR după domeniu de timp produc date echivalente. Măsurătorile empirice pot valida acest punct. Întrebările care persistă sunt: ​​dacă acestea sunt cele mai reprezentative date pentru echipamentele sub test (EUT) și ce incertitudini putem realiza datorită selecției antenei? Referindu-ne la ecuația 2, toate reflexiile sunt modificate de modelul antenei înainte de a fi însumate. Pentru simplitate, să luăm în considerare o cameră de testare în care multi-reflexiile sunt neglijabile. Avem apoi șapte termeni în calea de transmisie, și anume semnalul direct și reflecțiile de la patru pereți, tavan și podea. În CISPR 16-1-4, există cerințe foarte specifice privind modelul antenei de transmisie. Din motive practice, aceste cerințe nu sunt în niciun caz restrictive. De exemplu, să presupunem că reflexia peretelui din spate este imperfecțiunea dominantă, iar raportul față / spate al antenei este de 6 dB (în cadrul specificației CISPR 16). Pentru un site cu un SVSWR măsurat = 2 (6 dB) utilizând o antenă izotropă perfectă, ER / ED este 1/3. Dacă folosim o antenă cu un raport față-spate de 6 dB, devine SVSWR măsuratAntena cu un raport față-spate de 6 dB subestimează SVSWR cu 20 * log (2.0 / 1.4) = 2.9 dB. Exemplul de mai sus este evident prea simplificat. Atunci când se iau în considerare toate celelalte reflexii ale camerei și toate variațiile modelelor antenei, incertitudinea potențială este chiar mai mare. În cealaltă polarizare (în planul E), nu este posibil să aveți o antenă izotropă fizică. Este o provocare și mai mare să definim un model strict de antenă, pe care trebuie să îl îndeplinească toate antenele fizice reale.

Problema legată de variațiile modelului poate fi rezolvată prin rotirea antenei de transmisie. În această schemă, nu avem nevoie de o antenă cu un fascicul larg - o antenă familiară cu ghid de undă dublă, frecvent utilizată în acest interval de frecvență, va funcționa bine. Este încă preferat să aveți un raport mare față-spate (care poate fi ușor îmbunătățit prin plasarea unei mici bucăți de absorbant în spatele antenei). Implementarea este aceeași cu cea discutată mai devreme pentru metoda domeniului de timp, cu excepția faptului că rotim și antena de transmisie cu 360 ° și realizăm o reținere maximă. În loc să încerce să lumineze toți pereții în același timp, această schemă o face pe rând. Această metodă poate produce rezultate ușor diferite de ÎNCERCAREA difuzării către toate pereții în același timp. Se poate argumenta că este o metrică mai bună a performanței unui site, deoarece un EUT real are probabil un fascicul îngust, mai degrabă decât să arate ca o antenă special concepută. În plus față de evitarea situației dezordonate din cauza modelelor antenei, putem identifica unde apare o imperfecțiune într-o cameră sau într-un OATS. Locația poate fi identificată din unghiul de rotație și timpul necesar pentru a parcurge semnalul (deci distanța până la locul unde se produce reflexia).


Concluzie

Avantajele metodei domeniului timp sunt numeroase. Acesta evită capcanele problemei sub-eșantionării discutate anterior. Metoda nu depinde de deplasarea fizică a antenelor în câteva locații discrete, iar SVSWR din domeniul timp reprezintă adevărata valoare a site-ului. De asemenea, în metoda CISPR, pentru a normaliza influența datorată lungimii traseului, trebuie cunoscută distanța exactă dintre antene. Orice incertitudini datorate distanței se traduc în incertitudini ale SVSWR (având în vedere micile trepte necesare, este și mai provocator). În domeniul timpului, nu există incertitudini de normalizare a distanței. În plus, poate cea mai atractivă caracteristică pentru un utilizator final este că domeniul de timp SVSWR consumă mult mai puțin timp. Timpul de testare este redus de aproape șase ori (vezi ecuația 1).

O cameră complet anecoică are un tratament de absorbție pe toți cei patru pereți, podea și tavan ai camerei. Măsurătorile de reflexie a domeniului de timp (TDR) nu numai că pot oferi o evaluare exactă a unui site de testare precum acesta, dar pot oferi și informații suplimentare, cum ar fi de unde provin cei mai mari contribuabili la abateri de la un site ideal.

S-ar putea fi tentați să susținem că în metoda CISPR, deoarece antenele sunt mișcate, punctele de reflexie se deplasează pe pereții camerei și sunt acoperite mai multe zone ale imperfecțiunilor. Acesta este un hering roșu. Scopul mișcării antenei de recepție este de a varia doar relațiile de fază. Distanța totală variată este de 40 cm. Se traduce printr-o acoperire de 20 cm (7.9 ”) pe perete datorită translațiilor geometrice (dacă calea de transmisie este paralelă cu peretele camerei). Pentru ca teoria să funcționeze, trebuie, de fapt, să presupunem că proprietățile de reflexie ale absorbantelor sunt uniforme pe tot parcursul a 20 cm. Pentru a acoperi mai multe zone, trebuie să mutați antenele mult mai drastic, așa cum se face în CISPR 16-1-4 (locațiile din față, centru, stânga și dreapta). favicon

Lăsaţi un mesaj 

Lista de mesaje