Кваліфікація тестування на електромагнітну сумісність: Співвідношення постійної хвилі напруги на місці та рефлектометрія часової області

Концептуально метод SVSWR є досить простим і легко зрозумілим. Як і будь-яке вимірювання коефіцієнта коефіцієнта коефіцієнта коефіцієнта корисної дії, метою є вимірювання максимального та мінімального значень стоячої хвилі, як показано на малюнку 1. Співвідношення цих значень - коефіцієнт коефіцієнта коефіцієнта корисної дії. Найбільш розповсюдженим застосуванням вимірювання коефіцієнта коефіцієнта коефіцієнта коефіцієнта корисної дії є оцінка ліній електропередачі. Якщо в кінці лінії електропередачі існує імпеданс, невідповідний між імпедансами лінії електропередачі та навантаженням (наприклад), буде гранична умова, що приводить до відбитої хвилі. Відбита хвиля буде в різних місцях лінії електропередачі конструктивно чи руйнівно взаємодіяти з безперервною хвилею від джерела. Отримана конструкція (пряма та відбита комбінація хвиль) є стоячою хвилею. Простий приклад цього можна знайти в проведеному випробуванні потужності, необхідному для приладів у CISPR 14-1. У цьому випробуванні перетворювач (фіксатор живлення) переміщується вздовж розширеного шнура живлення виробу, намагаючись виміряти максимальну напругу на шнурі живлення у діапазоні частот, що нас цікавить. Ця ж подія реалізується на недосконалому полігоні. Лінія передачі - це шлях від випробовуваного обладнання до приймальної антени. Відображені хвилі створюються з інших об'єктів в тестовому середовищі. Ці об'єкти можуть варіюватися від стін камери до будівель та автомобілів (на відкритих майданчиках). Як і у випадку з лінією електропередачі, створюється стояча хвиля. Тест, встановлений для тестування VSWR або SVSWR сайту, показаний на малюнку 2.

Фізичні розміри стоячої хвилі є критичним фактором для точного вимірювання стоячої хвилі. Завдання, знову ж таки, - знайти максимальне та мінімальне значення. Тест SVSWR в CISPR 16-1-4 пропонує вимірювати стоячу хвилю на випробувальному майданчику, рухаючи передавальну антену вздовж прямої лінії в камері та вимірюючи отриману напругу з випромінювальною антеною в нормальному місці, що використовується для випробування продукції. Подібно до того, як під час проведеного випробування потужності або подібного вимірювання коефіцієнта коефіцієнта коефіцієнта шуму, необхідний безперервний рух датчика або у випадку SVSWR передавальної антени для забезпечення захоплення максимумів та мінімумів стоячої хвилі. Це можна було зробити на кожній частоті, але лише за значних витрат і часу. Отже, робоча група CISPR вирішила піти на компроміс і виміряти лише шість фізичних позицій для кожного з об'ємних місць (див. Малюнок 3). Єдиним іншим варіантом зменшення часу тестування було зменшення частотної роздільної здатності вимірювання (наприклад, вимірювати менше частот, але на кожній частоті вимірювати більше позицій). Проблема цього варіанту полягає в тому, що багато об’єктів, що відображають, можуть мати вузькі спектральні характеристики. Іншими словами, деякі матеріали можуть суттєво відбивати для вузького діапазону частот. Отже, робоча група вирішила застосувати до тесту максимальний розмір кроку 50 МГц, в результаті чого було отримано мінімум 340 частот від 1 до 18 ГГц, але лише з шістьма положеннями, як показано на малюнку 3.

Рисунок 3: Місця та позиції вимірювання SVSWR
Вибірка стоячої хвилі лише на дискретному рівні позицій може правдоподібно забезпечити достатню точність для обчислення приблизного коефіцієнта SVSWR в залежності від розміру кроків. Однак іншим компромісом було встановлення однакових встановлених положень для кожної частоти, щоб тест міг заощадити час, рухаючи антену та частоту розгортки. Обрані позиції становлять 0, +2, +10, +18, +30, +40 см. Спробуйте уявити знакову хвилю, накладену на лінійку з шістьма позначками на ній. А тепер уявіть, як стискати знакову хвилю на все коротші і менші довжини хвиль. Рисунок 4 ілюструє цей мислительний експеримент. Будуть частоти, коли обрані місця ніколи не наближаться до справжніх максимумів або мінімумів знакової хвилі. Це компроміс, який призведе до упередженості відповідності, наприклад, результат, який завжди нижчий за справжній SVSWR. Це упередження є терміном помилки, і його не слід плутати з внеском невизначеності вимірювань.

Рисунок 4: Місця вимірювання SVSWR у порівнянні з довжиною хвилі
Наскільки великий термін помилки? Якщо ми згадаємо приклад, проілюстрований на малюнку 4, то зрозуміло, довжина хвилі становить 2 сантиметри. Це була б знакова хвиля 15 ГГц. При такій частоті не буде вимірюваної стоячої хвилі, оскільки довжина хвилі становить 2 см, а інші місця навіть кратні 2 (10, 18, 30 і 40 см)! Звичайно, та ж проблема виникає на частоті 7.5 ГГц. Практично на кожній частоті вибірка не призводить до вимірювання ні максимуму, ні мінімуму.

Лабораторія повинна виміряти чотири місця, як показано на малюнку 3, з двома полярностями та принаймні двома висотами відповідно до CISPR 16-1-4. Діапазон вимірювань становить 1-18 ГГц. Донедавна єдині доступні антени, які відповідали вимогам до шаблону, були доступні в моделях 1-6 ГГц та 6-18 ГГц. Наслідком є ​​те, що час випробування показано у рівнянні 1:

Де: tx = час для виконання функції x, ny = кількість разів, коли потрібно виконувати діяльність Y.


Рівняння 1: Приблизний час випробування для SVSWR
Результат цієї комбінації положень, розташування, полярностей, висот та антен призводить до досить тривалого тесту. Цей час представляє альтернативні витрати для лабораторії.
Альтернативна вартість - це прибуток, який інакше міг би бути реалізований замість проведення цього тривалого випробування. Як приклад, типовим часом тесту для цього тесту є щонайменше три тестові зміни. Якщо лабораторія повинна брати 2,000 доларів США за зміну, цей тест представляє річну альтернативну вартість, за умови, що сайт перевіряється щорічно, як рекомендується, щонайменше 6,000–12,000 доларів США. Це не включає початкові витрати на спеціальні антени (14,000 XNUMX доларів США).


Невизначеність позиціонування
Кожне вимірювання методом SVSWR вимагає позиціонування передавальної антени у заданих положеннях (0, 2, 10, 18, 30, 40 см). Оскільки обчислення коригуються на відстань, повторюваність і відтворюваність позиціонування безпосередньо впливає на невизначеність вимірювань. Тоді виникає питання, наскільки повторюваним і відтворюваним є розташування антен з кроком до 2 см? Недавнє дослідження вимірювань, проведене в UL, показало, що цей внесок становить приблизно 2.5 мм або приблизно 15% довжини хвилі 18 ГГц. Величина цього учасника буде залежати від частоти та амплітуди стоячої хвилі (невідомо).

Другим фактором, пов'язаним з позиціонуванням, є кут проти діаграми антени. Вимоги до структури антени в CISPR 16-4-1 мають мінливість приблизно +/- 2 або 3 дБ в H-площині і навіть ширшу в E-площині. Якщо ви вибрали дві антени з різними візерунками, але обидві відповідають вимогам до зразків, ви можете отримати дуже різні результати. На додаток до цієї антени до мінливості антени (проблема відтворюваності), антени, що використовуються для передачі, не мають ідеально симетричних візерунків (наприклад, схеми змінюються з невеликим збільшенням кута), як показано в стандарті. Як наслідок, будь-яка зміна суміщення передавальної антени з приймальною антеною призводить до зміни прийнятої напруги (проблема повторюваності). Рисунок 5 ілюструє фактичні зміни структури антени SVSWR з невеликими збільшеннями кута. Ці справжні характеристики шаблону призводять до значної мінливості кутового позиціонування.


Рисунок 5: Шаблон антени SVSWR
Зміни коефіцієнта посилення антени як функція відносно невеликих кутових обертань спричиняють до 1 дБ мінливості у наведеному прикладі.Метод часового домену для отримання SVSWR

Метод SVSWR в CISPR 16-1-4 заснований на переміщенні антен просторово для зміни фазового співвідношення між прямою хвилею і відбитими хвилями від недосконалостей камери. Як обговорювалося раніше, коли хвилі додаються конструктивно, між двома антенами виникає пікова реакція (Emax), а коли хвилі додають руйнівну, виникає мінімальна реакція (Emin). Передача може бути виражена як

де Е - отримана напруженість поля.

ED - сигнал прямого шляху, N - загальна кількість відбиттів від місця (це може включати одноразові або багаторазові відбиття від стінок камери або недоліки ділянки відкритої ділянки). ER (i) - I-й відбитий сигнал. Для зручності виведення припустимо, що є лише один відбитий сигнал (це не втратить загальності). VSWR сайту (або відносний розмір пульсації) сайту може бути виражений як

Розв’язуючи рівняння 3, ми отримуємо відношення відбитого сигналу до прямого
Як видно з рівняння 4, два члени, тобто відношення відбитого до прямого сигналу (Ерелятив) та сайт VSWR (S) описують одну і ту ж фізичну величину - міру рівня відбиттів на ділянці. Вимірюючи коефіцієнт VSWR (як це має місце в CISPR 16-1-4), ми можемо визначити, наскільки великі відбиті хвилі відносно прямої хвилі. В ідеальній ситуації немає відображень, в результаті яких Erelative = 0 і S = 1.

Як вже обговорювалося раніше, щоб виявити співвідношення між відбитим та прямим сигналами, у методі VSWR на ділянці в CISPR 16-1-4 ми змінюємо відстань розділення, щоб фазова залежність між прямим трактом та відбитими сигналами може змінюватися. Згодом ми отримуємо SVSWR із цих скалярних відповідей. Виявляється, ми можемо отримати однаковий SVSWR за допомогою векторних (напруги та фази) вимірювань без необхідності фізичного переміщення антен. Це можна зробити за допомогою сучасного векторного аналізатора мережі (VNA) та перетворень часової області. Зверніть увагу, що рівняння 2-4 виконуються як у частотній області, так і в часовій. Однак у часовій області ми можемо відрізнити відбиті сигнали від прямого, оскільки момент часу, в який вони надходять до приймальної антени, відрізняється. Це можна розглядати як імпульс, що надходить від передавальної антени. У часовій області пряма хвиля спочатку надходить на приймальну антену, а відбита хвиля надходить пізніше. Застосовуючи хронометраж часу (часовий фільтр), ефект прямого сигналу можна відокремити від відбитого.

Фактичні вимірювання виконуються в частотній області за допомогою VNA. Потім результати трансформуються у часову область за допомогою зворотного перетворення Фур'є. У часовій області застосовується часовий інтервал для синтаксичного аналізу прямих та відбитих сигналів. На рисунку 6 показаний приклад відгуку часової області між двома антенами (за допомогою зворотного перетворення Фур'є з вимірювань частотної області). На рисунку 7 показано той самий відгук часової області із прямим сигналом, що виводиться назовні. Дані часової області (після розбору) остаточно перетворюються назад у частотну область за допомогою перетворення Фур'є. Наприклад, коли дані на малюнку 7 перетворюються назад у частотну область, вони представляють ER проти частоти. Зрештою, ми отримуємо той самий Ерелятив, що і просторово варіюючий метод CISPR, але проходячи інший шлях. Хоча зворотне перетворення Фур'є (або подальше перетворення Фур'є) звучить непростим завданням, насправді це вбудована функція в сучасній VNA. Це займає не більше, ніж натискання кількох кнопок.

Рисунок 6: Реакція часової області (через зворотне перетворення Фур'є даних VNA) між двома стволами, що бачать антени. Маркер 1 показує прямий сигнал, який виникає при 10 нс х (3 х 108 м / с) = 3 м від передавальної антени.

Рисунок 7: Відповідь часової області із прямим сигналом, який виведений назовні - залишаються лише сигнали пізнього надходження (відображення).
Наступні кроки: Подальше вдосконалення методу SVSWR у часовій областіМи встановили, що SVSWR за просторовим переміщенням та SVSWR за часовою областю видають еквівалентні дані. Емпіричні вимірювання можуть підтвердити цю точку. Питання, які все ще залишаються: чи це найбільш репрезентативні дані для обладнання, що випробовується (EUT), і які невизначеності ми можемо досягти завдяки вибору антен? Посилаючись на Рівняння 2, всі відображення змінюються в залежності від схеми антени перед підсумовуванням. Для простоти розглянемо випробувальну камеру, де багатовідбиття незначні. Тоді ми маємо сім членів на шляху передачі, а саме прямий сигнал та відбиття від чотирьох стін, стелі та підлоги. У CISPR 16-1-4 існують дуже конкретні вимоги до схеми передавальної антени. З практичних міркувань ці вимоги аж ніяк не є обмежувальними. Наприклад, припустимо, що відбиття задньої стінки є домінуючим недосконалістю, а співвідношення спереду і задньої частини антени становить 6 дБ (у межах специфікації CISPR 16). Для ділянки з виміряним коефіцієнтом SVSWR = 2 (6 дБ) з використанням ідеальної ізотропної антени ER / ED дорівнює 1/3. Якщо ми використовуємо антену із співвідношенням спереду і назад 6 дБ, вимірюваний коефіцієнт SVSWR стаєАнтена із співвідношенням фронт-назад 6 дБ занижує SVSWR на 20 * log (2.0 / 1.4) = 2.9 дБ. Наведений приклад, очевидно, надто спрощений. Розглядаючи всі інші відбиття камери та всі варіації діаграм антени, потенційна невизначеність ще більша. В іншій поляризації (в E-площині) неможливо мати фізичну ізотропну антену. Ще більшим викликом є ​​визначення чіткого малюнка антени, якому повинні відповідати всі реальні фізичні антени.

Труднощі, пов’язані з варіаціями малюнка, можуть бути вирішені обертанням передавальної антени. У цій схемі нам не потрібна антена з широким променем - добре знайома подвійна хвилеподібна антена, яка зазвичай використовується в цьому діапазоні частот. Як і раніше бажано мати велике співвідношення спереду і назад (яке можна легко поліпшити, розмістивши невеликий шматок поглинача за антеною). Реалізація така ж, як обговорювалась раніше для методу часової області, за винятком того, що ми також повертаємо передавальну антену на 360 ° і виконуємо максимальне утримання. Замість того, щоб намагатися висвітлити всі стіни одночасно, ця схема робить це по черзі. Цей метод може дати результати, які дещо відрізняються від СПРОБИ трансляції на всі стіни одночасно. Можна стверджувати, що це краща метрика продуктивності сайту, оскільки справжній EUT, швидше за все, має вузький промінь, а не схожий на спеціально створену антену. На додаток до того, щоб уникнути безладної ситуації через схеми антен, ми можемо точно визначити, де в камері або в ОАТС виникає недосконалість. Місце можна визначити за кутом повороту та за часом, необхідним для проходження сигналу (таким чином, відстані до місця, де відбувається відбиття).


Висновок

Переваги методу часового домену численні. Це дозволяє уникнути помилки питання недобірки, обговореного раніше. Метод не залежить від фізичного переміщення антен у декілька дискретних місць, а SVSWR із часової області представляє справжнє значення сайту. Крім того, у методі CISPR для нормалізації впливу через довжину тракту повинна бути відома точна відстань між антенами. Будь-які невизначеності, спричинені відстанню, перетворюються на невизначеності SVSWR (враховуючи необхідні невеликі прирости, це ще складніше). У часовій області не існує невизначеності нормалізації відстані. Крім того, мабуть, найпривабливішою функцією для кінцевого користувача є те, що SVSWR у часовому домені набагато менше займає часу. Час випробування скорочується майже в шість разів (див. Рівняння 1).

Повністю безехогенна камера оснащена поглинаючою обробкою на всіх чотирьох стінах, підлозі та стелі камери. Вимірювання відображення в часовій області (TDR) не тільки можуть дати точну оцінку випробувального майданчика, такого як цей, але можуть також надати додаткову інформацію, наприклад, звідки походять найбільші фактори, що сприяють відхиленням від ідеального місця.

Можна спокуситись стверджувати, що в методі CISPR, оскільки антени переміщуються, точки відбиття рухаються по стінках камери, і покриваються більше ділянок недоліків. Це червоний оселедець. Призначення переміщення приймальної антени полягає у зміні лише фазових співвідношень. Загальна відстань варіюється 40 см. Це означає 20 см (7.9 ”) покриття стіни завдяки геометричним перекладам (якщо шлях передачі паралельний стінці камери). Щоб теорія випрацювала, насправді нам потрібно припустити, що відбивні властивості поглиначів є рівномірними на всіх 20 см. Щоб охопити більше областей, потрібно рухати антени набагато різкіше, як це робиться в CISPR 16-1-4 (передня, центральна, ліва та права ділянки). значок

Залишити повідомлення 

список повідомлень