Кваліфікацыя выпрабавальнага EMC: Суадносіны напружання пастаяннай хвалі і рэфлектраметрыі часовай вобласці

Канцэптуальна метад SVSWR досыць просты і лёгка зразумелы. Як і пры любым вымярэнні VSWR, мэта складаецца ў вымярэнні максімальных і мінімальных значэнняў стаялай хвалі, як паказана на малюнку 1. Суадносіны гэтых значэнняў - VSWR. Самае распаўсюджанае прымяненне VSWR - пры ацэнцы ліній электраперадач. Калі ў канцы лініі электраперадачы існуе неадпаведнасць імпедансу паміж імпедансамі лініі электраперадачы і нагрузкай (напрыклад), будзе ўзнікаць мяжа, якая прыводзіць да адлюстраванай хвалі. Адлюстраваная хваля ў розных месцах на лініі электраперадачы будзе канструктыўна альбо разбуральна ўзаемадзейнічаць з бесперапыннай хваляй ад крыніцы. Атрыманая канструкцыя (камбінацыя прамой і адлюстраванай хвалі) з'яўляецца стаялай хваляй. Просты прыклад гэтага можна знайсці ў праведзеным выпрабаванні магутнасці, неабходным для прыбораў у CISPR 14-1. У гэтым выпрабаванні пераўтваральнік (фіксатар харчавання) перамяшчаецца ўздоўж выцягнутага шнура харчавання вырабы, імкнучыся вымераць максімальнае напружанне на шнуры харчавання ў цікавым дыяпазоне частот. Тая ж падзея рэалізуецца на недасканалым палігоне. Лінія перадачы - гэта шлях ад выпрабаванага абсталявання да прыёмнай антэны. Адлюстраваныя хвалі ствараюцца з іншых аб'ектаў у выпрабавальным асяроддзі. Гэтыя аб'екты могуць вар'іравацца ад сцен камеры да будынкаў і аўтамабіляў (на адкрытых палігонах). Як і ў выпадку з лініяй электраперадачы, ствараецца стаялая хваля. Тэст, усталяваны для сайта VSWR або SVSWR, паказаны на малюнку 2.

Фізічныя памеры стаялай хвалі з'яўляюцца найважнейшым фактарам для дакладнага вымярэння стаялай хвалі. Мэта, зноў жа, складаецца ў тым, каб знайсці максімальнае і мінімальнае значэнне. Тэст SVSWR у CISPR 16-1-4 прапануе вымераць стаялую хвалю на выпрабавальным палігоне шляхам перамяшчэння перадавальнай антэны ўздоўж прамой лініі ў камеры і вымярэння атрыманага напружання з антэнай выпраменьвання ў звычайным месцы, якое выкарыстоўваецца для выпрабаванняў прадукцыі. Падобна таму, як пры праведзеным выпрабаванні магутнасці або аналагічным вымярэнні VSWR, для забеспячэння захопу максімумаў і мінімумаў стаялай хвалі неабходна бесперапыннае пераўтварэнне пераўтваральніка, альбо ў выпадку SVSWR, якая перадае антэну. Гэта можна было зрабіць на кожнай частаце, але толькі з вялікімі выдаткамі і часам. Такім чынам, рабочая група CISPR вырашыла пайсці на кампраміс і вымераць толькі шэсць фізічных пазіцый для кожнага з аб'ёмных месцаў (гл. Малюнак 3). Адзіным іншым варыянтам скарачэння часу выпрабавання было памяншэнне раздзяляльнасці частоты вымярэння (напрыклад, вымяраць менш частот, але на кожнай частаце вымяраць больш пазіцый). Праблема гэтага варыянту ў тым, што многія аб'екты, якія адлюстроўваюць, могуць мець вузкія спектральныя характарыстыкі. Іншымі словамі, некаторыя матэрыялы могуць значна адлюстроўваць для вузкага дыяпазону частот. Такім чынам, рабочая група прыняла рашэнне прымяніць да тэсту памер кроку максімум 50 МГц, у выніку чаго мінімум 340 частат ад 1-18 ГГц, але толькі шэсць пазіцый, як паказана на малюнку 3.

Малюнак 3: Месцы і пазіцыі вымярэння SVSWR
Выбірка стаялай хвалі толькі на дыскрэтнай колькасці пазіцый можа, верагодна, забяспечыць дастатковую дакладнасць для вылічэння прыблізнага SVSWR у залежнасці ад памеру прыступак. Аднак яшчэ адным кампрамісам было аднолькавыя прадпісаныя пазіцыі для кожнай частаты, каб тэст зэканоміў час, перамяшчаючы антэну і частату разгорткі. Абраныя пазіцыі: 0, +2, +10, +18, +30, +40 см. Паспрабуйце ўявіць сабе знакавую хвалю, накладзеную на лінейку з шасцю знакамі. А цяпер уявіце, як сціскаць знакавую хвалю на ўсё меншыя і меншыя даўжыні хваль. Малюнак 4 ілюструе гэты мысліцельны эксперымент. Будуць частаты, дзе выбраныя месцы ніколі не наблізяцца да сапраўдных максімумаў ці мінімумаў знакавай хвалі. Гэта кампраміс, які прывядзе да зрушэння адпаведнасці, напрыклад, выніку, які заўсёды ніжэйшы за сапраўдны SVSWR. Гэта зрушэнне з'яўляецца тэрмінам памылкі, і яго нельга блытаць з укладам нявызначанасці вымярэнняў.

Малюнак 4: Месцы вымярэння SVSWR у параўнанні з даўжынёй хвалі
Наколькі вялікі тэрмін памылкі? Калі мы падумаем пра прыклад, паказаны на малюнку 4, зразумела, даўжыня хвалі складае 2 сантыметры. Гэта была б знакавая хваля 15 ГГц. Пры такой частаце не было б вымеранай стаялай хвалі, таму што даўжыня хвалі складае 2 см, а іншыя месцы нават кратныя 2 (10, 18, 30 і 40 см)! Зразумела, тая ж праблема ўзнікае на 7.5 Ггц. Практычна на кожнай частаце выбарка не вымярае ні максімум, ні мінімум.

Лабараторыя павінна вымераць чатыры месцы, як паказана на малюнку 3, у дзвюх палярнасцях і не менш за дзве вышыні ў адпаведнасці з CISPR 16-1-4. Дыяпазон вымярэння - 1-18 Ггц. Да нядаўняга часу адзіныя даступныя антэны, якія адпавядалі патрабаванням да шаблону, былі даступныя ў мадэлях з 1-6 ГГц і 6-18 Ггц. Як следства, час выпрабавання паказаны ва ўраўненні 1:

Дзе: tx = час выканання функцыі x, ny = колькасць разоў, калі неабходна выканаць дзеянне Y.


Ураўненне 1: Разліковы час выпрабавання SVSWR
Вынік такой камбінацыі становішчаў, размяшчэння, палярнасці, вышыні і антэн прыводзіць да даволі працяглага выпрабавання. Гэты час уяўляе сабой альтэрнатыўны кошт для лабараторыі.
Альтэрнатыўны кошт - гэта прыбытак, які інакш мог бы быць рэалізаваны замест правядзення гэтага працяглага выпрабавання. У якасці прыкладу тыповы час выпрабаванняў для гэтага тэсту - не менш за тры змены. Калі лабараторыя павінна браць 2,000 долараў за змену, гэты тэст уяўляе сабой гадавы альтэрнатыўны кошт, мяркуючы, што сайт штогод правяраецца ў адпаведнасці з рэкамендацыямі, як мінімум, ад 6,000 да 12,000 долараў ЗША. Сюды не ўваходзяць першапачатковыя выдаткі на спецыяльныя антэны (14,000 XNUMX долараў ЗША).


Нявызначанасць пазіцыянавання
Кожнае вымярэнне метаду SVSWR патрабуе размяшчэння перадавальнай антэны ў зададзеных месцах (0, 2, 10, 18, 30, 40 см). Паколькі вылічэнні карэктуюцца на адлегласць, паўтаральнасць і ўзнаўляльнасць пазіцыянавання непасрэдна ўплывае на нявызначанасць вымярэнняў. Тады ўзнікае пытанне, наколькі паўторным і прайграваным з'яўляецца размяшчэнне антэн з крокам у 2 см? Нядаўняе даследаванне, праведзенае на UL, паказала, што гэты ўклад складае прыблізна 2.5 мм або каля 15% ад даўжыні хвалі 18 Ггц. Велічыня гэтага ўдзельніка будзе залежаць ад частаты і амплітуды стаялай хвалі (невядома).

Другі фактар, звязаны з пазіцыянаваннем, - гэта кут супраць дыяграмы антэны. Патрабаванні да дыяграмы антэны ў CISPR 16-4-1 маюць зменлівасць прыблізна +/- 2 ці 3 дБ у H-плоскасці і нават шырэй у E-плоскасці. Калі вы выбіраеце дзве антэны з розным малюнкам, але абедзве адпавядаюць патрабаванням да шаблону, вы можаце атрымаць вельмі розныя вынікі. У дадатак да гэтай антэны да зменлівасці антэны (праблема ўзнаўляльнасці), антэны, якія выкарыстоўваюцца для перадачы, не маюць цалкам сіметрычных малюнкаў (напрыклад, шаблоны змяняюцца з невялікім павелічэннем кута), як паказана ў стандарце. Як следства, любое змяненне выраўноўвання перадавальнай антэны да прыёмнай антэны прыводзіць да змены атрыманага напружання (праблема паўтаральнасці). Малюнак 5 ілюструе фактычныя змены малюнка антэны SVSWR з невялікім павелічэннем кута. Гэтыя сапраўдныя характарыстыкі шаблона прыводзяць да значнай зменлівасці вуглавога пазіцыянавання.


Малюнак 5: Шаблон антэны SVSWR
Змены ўзмацнення антэны ў залежнасці ад адносна невялікіх вуглавых паваротаў выклікаюць каля 1 дБ зменлівасці ў паказаным прыкладзе.Метад часовай вобласці для атрымання SVSWR

Метад SVSWR у CISPR 16-1-4 заснаваны на прасторавым перамяшчэнні антэн для змены фазавай залежнасці паміж прамой хваляй і адлюстраванымі хвалямі ад недасканаласці камеры. Як ужо абмяркоўвалася раней, калі хвалі канструктыўна дадаюцца, паміж дзвюма антэнамі ўзнікае пікавая рэакцыя (Emax), а калі хвалі разбуральна дадаюць мінімальны водгук (Emin). Перадача можа быць выражана як

дзе Е - атрыманая напружанасць поля.

ED - сігнал прамога шляху, N - агульная колькасць адлюстраванняў ад пляцоўкі (гэта можа ўключаць адзінкавыя або шматразовыя адлюстраванні ад сцен камеры або недасканаласці пляцоўкі на адкрытай пляцоўцы). ER (i) - I-ы адлюстраваны сігнал. Для зручнасці вывядзення дапусцім, што ёсць толькі адзін адлюстраваны сігнал (гэта не страціць агульнасці). VSWR сайта (альбо адносны памер пульсацыі) сайта можа быць выражаны як

Рашаючы ўраўненне 3, мы атрымліваем адносіны адлюстраванага сігналу да прамога
Як відаць з раўнання 4, два тэрміны, гэта значыць суадносіны адлюстраванага і прамога сігналаў (Erelative) і VSWR сайта (S), апісваюць адну і тую ж фізічную велічыню - меру ўзроўню адлюстраванняў на сайце. Вымяраючы VSWR сайта (як гэта адбываецца ў CISPR 16-1-4), мы можам вызначыць, наколькі вялікія адлюстраваныя хвалі адносна прамой хвалі. У ідэальнай сітуацыі адлюстраванняў няма, у выніку Erelative = 0 і S = 1.

Як ужо абмяркоўвалася, для выяўлення суадносін паміж адлюстраваным і прамым сігналам у метадзе VSWR на сайце ў CISPR 16-1-4 мы змяняем адлегласць падзелу, каб фазавыя залежнасці паміж прамым шляхам і адлюстраванымі сігналамі маглі вар'іравацца. Пасля мы атрымліваем SVSWR з гэтых скалярных адказаў. Аказваецца, мы можам атрымаць аднолькавы SVSWR, выкарыстоўваючы вектарныя (напружанне і фазу) вымярэнні без неабходнасці фізічнага перамяшчэння антэн. Гэта можна зрабіць пры дапамозе сучаснага вектарнага аналізатара сеткі (VNA) і пераўтварэнняў часовай вобласці. Звярніце ўвагу, што ўраўненні 2-4 выконваюцца як у частотнай, так і ў часовай вобласці. Аднак у часовай вобласці мы можам адрозніць адлюстраваныя сігналы ад прамога, таму што момант часу, у які яны паступаюць у прымальную антэну, іншы. Гэта можна разглядаць як імпульс, які пасылаецца ад перадавальнай антэны. Ва часовай вобласці прамая хваля прыходзіць спачатку да прыёмнай антэны, а адлюстраваная - пазней. Ужываючы часовае затвор (часовы фільтр), эфект прамога сігналу можна аддзяліць ад адлюстраванага.

Фактычныя вымярэнні выконваюцца ў частотнай вобласці з дапамогай VNA. Затым вынікі пераўтвараюцца ў часовую вобласць з выкарыстаннем зваротнага пераўтварэння Фур'е. У часовай вобласці прымяняецца часовы запіс для аналізу прамых і адлюстраваных сігналаў. На малюнку 6 прыведзены прыклад рэакцыі часовай вобласці паміж дзвюма антэнамі (з выкарыстаннем зваротнага пераўтварэння Фур'е з вымярэнняў частотнай вобласці). На малюнку 7 паказаны аднолькавы водгук часовай вобласці з прамым сігналам. Дадзеныя часовай вобласці (пасля разбору) канчаткова пераўтвараюцца ў частотную вобласць з дапамогай пераўтварэння Фур'е. Напрыклад, калі дадзеныя на малюнку 7 трансфармуюцца назад у частотную вобласць, яны ўяўляюць сабой ER у параўнанні з частатой. У рэшце рэшт, мы атрымліваем той самы эрэлятыў, што і прасторавы зменны метад CISPR, але праходзячы іншы шлях. Хоць зваротнае пераўтварэнне Фур'е (альбо наступнае пераўтварэнне Фур'е) падаецца складанай задачай, на самой справе гэта ўбудаваная функцыя ў сучаснай VNA. Патрабуецца не больш, чым націск некалькіх кнопак.

Малюнак 6: Рэакцыя часовай вобласці (з зваротнага пераўтварэння Фур'е дадзеных VNA) паміж дзвюма створанымі антэнамі. Маркер 1 паказвае прамы сігнал, які ўзнікае на адлегласці 10 нс х (3 х 108 м / с) = 3 м ад антэны перадачы.

Малюнак 7: Рэакцыя часовай вобласці з прамым сігналам на выхадзе - застаюцца толькі сігналы позняга прыбыцця (адлюстраваны)
Наступныя крокі: Далейшае ўдасканаленне метаду SVSWR у часовым даменеМы ўстанавілі, што SVSWR шляхам прасторавага руху і SVSWR па часовай вобласці даюць эквівалентныя дадзеныя. Эмпірычныя вымярэнні могуць пацвердзіць гэты пункт. Пытанні, якія ўсё яшчэ застаюцца: ці гэта найбольш рэпрэзентатыўныя дадзеныя для выпрабоўванага абсталявання (EUT) і якія нявызначанасці мы можам дасягнуць дзякуючы выбару антэн? Спасылаючыся на ўраўненне 2, усе адлюстраванні мадыфікуюцца ўзорам антэны перад падвядзеннем вынікаў. Для прастаты давайце разгледзім выпрабавальную камеру, дзе шматразовыя адлюстраванні нязначныя. Тады ў нас ёсць сем членаў на шляху перадачы, а менавіта прамы сігнал і адлюстраванне ад чатырох сцен, столі і падлогі. У CISPR 16-1-4 існуюць вельмі спецыфічныя патрабаванні да схемы перадавальнай антэны. З практычных меркаванняў гэтыя патрабаванні ні ў якім разе не абмяжоўваюць. Напрыклад, выкажам здагадку, што адлюстраванне задняй сценкі з'яўляецца дамінуючай недасканаласцю, а суадносіны пярэдняй і задняй часткі антэны складае 6 дБ (у рамках спецыфікацыі CISPR 16). Для сайта з вымераным SVSWR = 2 (6 дБ) з выкарыстаннем ідэальнай ізатропнай антэны ER / ED складае 1/3. Калі мы выкарыстоўваем антэну з суадносінамі спераду і назад 6 дБ, вымяраецца SVSWRАнтэна з суадносінамі спераду і назад 6 дБ заніжае SVSWR на 20 * log (2.0 / 1.4) = 2.9 дБ. Прыведзены прыклад відавочна занадта спрошчаны. Пры разглядзе ўсіх іншых адлюстраванняў камеры і ўсіх варыяцый антэнных патэнцыялаў патэнцыяльная нявызначанасць яшчэ большая. У іншай палярызацыі (у плоскасці Е) немагчыма мець фізічную ізатропную антэну. Яшчэ большая праблема - вызначыць строгую схему антэны, якой павінны адпавядаць усе рэальныя фізічныя антэны.

Недарэчнасць, звязаная з варыяцыйнымі схемамі, можа быць вырашана паваротам перадавальнай антэны. У гэтай схеме нам не патрэбна антэна з шырокім прамянём - добра знаёмая двухвостраная хвалевая антэна, якая звычайна выкарыстоўваецца ў гэтым дыяпазоне частот, будзе выдатна працаваць. Па-ранейшаму пераважна мець вялікае суадносіны спераду і назад (якое можна лёгка палепшыць, змясціўшы невялікі кавалак паглынальніка за антэнай). Рэалізацыя такая ж, як абмяркоўвалася раней для метаду часовай вобласці, за выключэннем таго, што мы таксама паварочваем перадавальную антэну на 360 ° і выконваем максімальную фіксацыю. Замест таго, каб спрабаваць асвятляць усе сцены адначасова, гэтая схема робіць гэта па чарзе. Гэты метад можа даць вынікі, якія некалькі адрозніваюцца ад спробы трансляцыі на ўсе сцены адначасова. Можна сцвярджаць, што гэта лепшая метрыка прадукцыйнасці сайта, бо сапраўдны ІУ, хутчэй за ўсё, будзе мець вузкі прамень, а не падобны на спецыяльна створаную антэну. У дадатак да таго, каб пазбегнуць бруднай сітуацыі з-за малюнкаў антэны, мы можам дакладна вызначыць, дзе ў камеры або АВС адбываецца недасканаласць. Месцазнаходжанне можна вызначыць па куце павароту і па часе, неабходным для праходжання сігналу (такім чынам, адлегласці да месца адлюстравання).


заключэнне

Перавагі метаду часовай вобласці шматлікія. Гэта дазваляе пазбегнуць пасткі пытання аб недастатковай выбарцы, абмяркоўванага раней. Метад не залежыць ад фізічнага перамяшчэння антэн у некалькі дыскрэтных месцаў, і SVSWR з часовай вобласці ўяўляе сапраўдную каштоўнасць сайта. Акрамя таго, у метадзе CISPR для нармалізацыі ўздзеяння з-за даўжыні шляху павінна быць вядома дакладнае адлегласць паміж антэнамі. Любыя нявызначанасці з-за адлегласці ператвараюцца ў нявызначанасці SVSWR (улічваючы неабходныя невялікія крокі, гэта яшчэ больш складана). У часовай вобласці няма нявызначанасці нармалізацыі адлегласці. Акрамя таго, магчыма, найбольш прывабнай асаблівасцю для канчатковага карыстальніка з'яўляецца тое, што SVSWR часовага дамена займае значна менш часу. Час выпрабаванняў скарачаецца амаль у шэсць разоў (гл. Ураўненне 1).

Цалкам безэхаічная камера мае апрацоўку паглынальнікамі на ўсіх чатырох сценах, падлозе і столі камеры. Вымярэнні адлюстроўвання часовай вобласці (TDR) не толькі могуць даць дакладную ацэнку выпрабавальнага ўчастка, як гэты, але могуць даць і дадатковую інфармацыю, напрыклад, адкуль бяруцца самыя вялікія ўкладчыкі ў адхіленні ад ідэальнай пляцоўкі.

Можна паспрабаваць сцвярджаць, што ў метадзе CISPR, таму што антэны перамяшчаюцца, кропкі адлюстравання перамяшчаюцца на сценках камеры, і больш участкаў недахопаў пакрыта. Гэта чырвоная селядзец. Мэтай перамяшчэння прыёмнай антэны з'яўляецца толькі змяненне фазавых суадносін. Агульная адлегласць складае 40 см. Гэта азначае пакрыццё сцяны 20 см (7.9 ”) дзякуючы геаметрычным перакладам (калі шлях перадачы паралельны сценцы камеры). Каб тэорыя атрымалася выпрацаваць, нам на самай справе трэба выказаць здагадку, што адбівальныя ўласцівасці паглынальнікаў аднолькавыя на працягу 20 см. Каб ахапіць большую колькасць абласцей, трэба рухаць антэны значна больш рэзка, як гэта робіцца ў CISPR 16-1-4 (спераду, у цэнтры, злева і справа). фавікон

Пакінь паведамленне 

спіс паведамленняў