Kvalifikace testovacího místa EMC: Poměr stojatých vln napětí v síti v závislosti na reflektometrii časové domény

Koncepčně je metoda SVSWR poměrně přímočará a snadno srozumitelná. Stejně jako u každého měření VSWR je cílem měřit maximální a minimální hodnoty stojaté vlny, jak je znázorněno na obrázku 1. Poměr těchto hodnot je VSWR. Nejběžnější aplikací měření VSWR je vyhodnocování přenosových vedení. Pokud je na konci přenosového vedení nesoulad impedance mezi impedancemi přenosového vedení a zátěží (například), bude existovat okrajová podmínka, která bude mít za následek odraženou vlnu. Odražená vlna bude na různých místech přenosového vedení konstruktivně nebo destruktivně interagovat s kontinuální vlnou ze zdroje. Výsledný konstrukt (kombinace přímých a odražených vln) je stojatá vlna. Jednoduchý příklad toho lze nalézt v provedeném testu výkonu požadovaném pro zařízení v CISPR 14-1. V tomto testu se měnič (napájecí svorka) pohybuje podél prodlouženého napájecího kabelu výrobku ve snaze měřit maximální napětí na napájecím kabelu v požadovaném kmitočtovém rozsahu. Stejná událost je realizována na nedokonalém testovacím místě. Přenosové vedení je cesta z testovaného zařízení k přijímací anténě. Odražené vlny jsou vytvářeny z jiných objektů v testovacím prostředí. Tyto objekty se mohly pohybovat od stěn komory po budovy a automobily (na testovacích místech na volném prostranství). Stejně jako v případě přenosového vedení se vytváří stojatá vlna. Nastavení testu pro test VSWR nebo SVSWR webu je znázorněno na obrázku 2.

Fyzické rozměry stojaté vlny jsou kritickým faktorem při přesném měření stojaté vlny. Cílem je opět najít maximální a minimální hodnotu. Test SVSWR v CISPR 16-1-4 navrhuje měřit stojatou vlnu na zkušebním místě pohybem vysílací antény po přímce v komoře a měřením přijatého napětí s emisní anténou v normálním místě použitém pro testování produktu. Stejně jako při zkoušce prováděného výkonu nebo podobném měření VSWR je nutný nepřetržitý pohyb měniče, nebo v případě SVSWR vysílací antény, aby se zajistilo zachycení maxim a minim stojaté vlny. To bylo možné provést na každé frekvenci, ale pouze se značnými náklady a časem. Pracovní skupina CISPR se proto rozhodla kompromitovat a měřit pouze šest fyzických poloh pro každé z objemových míst (viz obrázek 3). Jedinou další možností pro zkrácení doby zkoušky bylo snížit frekvenční rozlišení měření (např. Změřit méně frekvencí, ale u každé frekvence měřit více pozic). Problém s touto možností spočívá v tom, že mnoho objektů, které odrážejí, může mít úzké spektrální charakteristiky. Jinými slovy, některé materiály mohou být pro úzký frekvenční rozsah výrazně odrazivé. Pracovní skupina se proto rozhodla aplikovat na test maximální velikost kroku 50 MHz, což vedlo k minimálně 340 frekvencím od 1 do 18 GHz, ale pouze se šesti pozicemi, jak je znázorněno na obrázku 3.

Obrázek 3: Místa a pozice měření SVSWR
Vzorkování stojaté vlny pouze na diskrétním počtu pozic může věrohodně poskytnout dostatečnou přesnost pro výpočet přibližného SVSWR v závislosti na velikosti kroků. Dalším kompromisem však bylo mít stejné předepsané polohy pro každou frekvenci, aby test ušetřil čas pohybem antény a zametáním frekvence. Zvolené pozice jsou 0, +2, +10, +18, +30, +40 cm. Zkuste si představit signální vlnu položenou na pravítku se šesti značkami. Nyní si představte kompresi signální vlny na kratší a kratší vlnové délky. Obrázek 4 ilustruje tento myšlenkový experiment. Budou frekvence, kde se zvolená místa nikdy nepřiblíží skutečným maximům nebo minimům signální vlny. Toto je kompromis, jehož výsledkem bude zkreslení souladu, např. Výsledek, který je vždy nižší než skutečný SVSWR. Toto zkreslení je chybový termín a nemělo by se zaměňovat s příspěvkem nejistoty měření.

Obrázek 4: Umístění měření SVSWR vs. vlnová délka
Jak velký je termín chyby? Pokud si vezmeme příklad znázorněný na obrázku 4, je jasné, že vlnová délka je 2 centimetry. To by byla 15 GHz signální vlna. Na této frekvenci by nebyla měřená stojatá vlna, protože vlnová délka je 2 cm a ostatní místa jsou dokonce násobky 2 (10, 18, 30 a 40 cm)! Stejný problém se samozřejmě vyskytuje na 7.5 GHz. Prakticky na každé frekvenci vzorkování nevede k měření ani maxima, ani minima.

Laboratoř musí měřit čtyři místa, jak je znázorněno na obrázku 3, ve dvou polaritách a nejméně ve dvou výškách v souladu s CISPR 16-1-4. Rozsah měření je 1-18 GHz. Až donedávna byly dostupné pouze antény, které splňovaly požadavky na vzor, ​​v modelech 1-6 GHz a 6-18 GHz. Důsledkem je, že testovací čas je uveden v rovnici 1:

Kde: tx = čas na provedení funkce x, ny = počet provedení aktivity Y.


Rovnice 1: Odhad času zkoušky pro SVSWR
Výsledek této kombinace poloh, poloh, polarit, výšek a antén vede k poměrně zdlouhavému testu. Tento čas představuje náklady příležitosti pro laboratoř.
Náklady příležitosti jsou výnosy, které by jinak mohly být realizovány namísto provedení tohoto zdlouhavého testu. Jako příklad je typická doba testu pro tento test nejméně tři směny testu. Pokud by laboratoř měla za směnu účtovat 2,000 6,000 USD, představuje tento test roční náklady příležitosti, za předpokladu, že je web každoročně kontrolován podle doporučení, minimálně 12,000 14,000–XNUMX XNUMX USD. To nezahrnuje počáteční náklady na speciální antény (XNUMX XNUMX USD).


Nejistota umístění
Každé měření metody SVSWR vyžaduje umístění vysílací antény do určených poloh (0, 2, 10, 18, 30, 40 cm). Protože jsou výpočty korigovány na vzdálenost, opakovatelnost a reprodukovatelnost umístění přímo ovlivňuje nejistotu měření. Otázkou pak bude, jak opakovatelné a reprodukovatelné je umístění antén v krocích po 2 cm? Nedávná studie gage provedená na UL prokázala, že tento příspěvek je přibližně 2.5 mm nebo přibližně 15% vlnové délky 18 GHz. Velikost tohoto přispěvatele bude záviset na frekvenci a amplitudě stojaté vlny (neznámé).

Druhým faktorem souvisejícím s polohováním je úhel proti vzoru antény. Požadavky na anténní vzor v CISPR 16-4-1 mají variabilitu zhruba +/- 2 nebo 3 dB v H-rovině a ještě širší v E-rovině. Pokud vyberete dvě antény s různými vzory, ale obě splňují požadavky na vzory, můžete mít velmi odlišné výsledky. Kromě této proměnlivosti antény na anténu (problém reprodukovatelnosti) nemají antény použité k přenosu dokonale symetrické vzory (např. Vzory se mění s malými přírůstky úhlu), jak je uvedeno ve standardu. V důsledku toho má každá změna vyrovnání vysílací antény k přijímací anténě za následek změnu přijatého napětí (problém opakovatelnosti). Obrázek 5 ilustruje skutečné změny vzoru antény SVSWR s malými přírůstky úhlu. Tyto skutečné charakteristiky vzoru vedou k významné variabilitě úhlového polohování.


Obrázek 5: Anténní vzor SVSWR
Změny zisku antény v závislosti na relativně malých úhlových otáčkách způsobují v uvedeném příkladu až 1 dB variability.Metoda časové domény pro získání SVSWR

Metoda SVSWR v CISPR 16-1-4 je založena na prostorovém pohybu antén pro změnu fázového vztahu mezi přímou vlnou a odraženými vlnami od nedokonalostí komory. Jak již bylo zmíněno dříve, když se vlny konstruktivně přidávají, mezi dvěma anténami je špičková odezva (Emax) a když se vlny přidávají destruktivně, je minimální odezva (Emin). Přenos lze vyjádřit jako

kde E je přijatá síla pole.

ED je signál přímé cesty, N je celkový počet odrazů od místa (to může zahrnovat jeden nebo více odrazů od stěn komory nebo nedokonalosti místa v otevřené oblasti). ER (i) je Ith odražený signál. Pro usnadnění odvození předpokládejme, že existuje pouze jeden odražený signál (tím se neztratí obecnost). Web VSWR (nebo relativní velikost zvlnění) webu lze vyjádřit jako

Řešením rovnice 3 získáme poměr odraženého signálu k přímému signálu
Jak je patrné z rovnice 4, dva pojmy, tj. Poměr odrazu k přímému signálu (relativní) a místo VSWR (S), popisují stejnou fyzikální veličinu - měřítko úrovně odrazů v místě. Měřením stránky VSWR (jako je tomu v CISPR 16-1-4) můžeme určit, jak velké jsou odražené vlny vzhledem k přímé vlně. V ideální situaci nedochází k žádným odrazům, což má za následek Erelative = 0 a S = 1.

Jak již bylo zmíněno dříve, pro detekci poměru mezi odraženým a přímým signálem, v metodě VSWR lokality v CISPR 16-1-4, měníme separační vzdálenost, aby bylo možné měnit fázový vztah mezi přímou cestou a odraženými signály. Následně odvodíme SVSWR z těchto skalárních odpovědí. Ukázalo se, že můžeme získat stejný SVSWR pomocí vektorových (napěťových a fázových) měření bez nutnosti fyzicky pohybovat anténami. To lze provést pomocí moderního vektorového síťového analyzátoru (VNA) a transformací v časové doméně. Všimněte si, že rovnice 2 až 4 platí buď ve frekvenční doméně, nebo v časové doméně. V časové oblasti však můžeme rozlišit odražené signály od přímého, protože časový bod, ve kterém dorazí k přijímací anténě, je odlišný. To lze považovat za impuls vyslaný z vysílací antény. V časové oblasti přijde přímá vlna k přijímací anténě jako první a odražená vlna dorazí později. Použitím časového hradlování (časový filtr) lze oddělit účinek přímého signálu od odrazených.

Skutečná měření se provádějí ve frekvenční doméně pomocí VNA. Výsledky jsou poté transformovány do časové domény pomocí inverzní Fourierovy transformace. V časové oblasti se časová hradla aplikuje na analýzu přímých a odražených signálů. Obrázek 6 ukazuje příklad odezvy v časové doméně mezi dvěma anténami (pomocí inverzní Fourierovy transformace z měření ve frekvenční doméně). Obrázek 7 ukazuje stejnou odezvu časové domény s přímým signálem odříznutým. Data v časové doméně (po analýze) jsou nakonec převedena zpět do frekvenční domény pomocí Fourierovy transformace. Například když jsou data na obrázku 7 transformována zpět do frekvenční domény, představuje to ER proti frekvenci. Nakonec získáme stejný Erelativ jako metodu prostorových variací CISPR, ale projdeme jinou cestou. Ačkoli inverzní Fourierova transformace (nebo následná Fourierova transformace) zní jako skličující úkol, ve skutečnosti je to vestavěná funkce v moderní VNA. Netrvá víc než stisknutí několika tlačítek.

Obrázek 6: Odezva v časové doméně (z inverzní Fourierovy transformace dat VNA) mezi dvěma anténami zaměřenými na vrtání. Značka 1 ukazuje přímý signál, který se vyskytuje ve vzdálenosti 10 ns x (3 x 108 m / s) = 3 m od vysílací antény.

Obrázek 7: Odezva v časové doméně s přímým signálem vyřazeným ven - ponechává pouze signály s pozdním příjezdem (odražené).
Další kroky: Další vylepšení metody SVSWR v časové doméněZjistili jsme, že SVSWR prostorovým pohybem a SVSWR časovou doménou produkují ekvivalentní data. Empirická měření mohou tento bod potvrdit. Otázky, které stále přetrvávají, jsou: zda se jedná o nejreprezentativnější data pro zkoušené zařízení (EUT) a jaké nejistoty můžeme dosáhnout díky výběru antén? S odkazem na rovnici 2 jsou všechny odrazy před sčítáním upraveny anténním vzorem. Pro zjednodušení uvažujme o zkušební komoře, kde jsou multi-odrazy zanedbatelné. Pak máme v přenosové cestě sedm členů, konkrétně přímý signál, a odrazy od čtyř stěn, stropu a podlahy. V CISPR 16-1-4 existují velmi specifické požadavky na vzor vysílací antény. Z praktických důvodů nejsou tyto požadavky nijak omezující. Předpokládejme například, že odraz zadní stěny je dominantní nedokonalostí a poměr přední a zadní antény je 6 dB (ve specifikaci CISPR 16). Pro web s naměřeným SVSWR = 2 (6 dB) používajícím dokonalou izotropní anténu je ER / ED 1/3. Použijeme-li anténu s poměrem zepředu dozadu 6 dB, změří se SVSWRAnténa s poměrem zepředu dozadu 6 dB podhodnocuje SVSWR o 20 * log (2.0 / 1.4) = 2.9 dB. Výše uvedený příklad je zjevně příliš zjednodušený. Když vezmeme v úvahu všechny ostatní odrazy komory a všechny variace anténních obrazců, je potenciální nejistota ještě větší. V jiné polarizaci (v E-rovině) není možné mít fyzickou izotropní anténu. Ještě větší výzvou je definovat přísný anténní vzor, ​​který musí všechny skutečné fyzické antény splňovat.

Problém související se změnami vzoru lze vyřešit otáčením vysílací antény. V tomto schématu nepotřebujeme anténu se širokým paprskem - dobře známá dvojitá rýhovaná anténa vlnovodu, která se běžně používá v tomto frekvenčním rozsahu. Stále se dává přednost velkému poměru přední a zadní strany (který lze snadno zlepšit umístěním malého kousku absorbéru za anténu). Implementace je stejná, jak byla popsána dříve pro metodu časové domény, kromě toho, že také otočíme vysílací anténu o 360 ° a provedeme maximální zadržení. Místo toho, aby se snažil osvětlit všechny stěny najednou, toto schéma to dělá jeden po druhém. Tato metoda může přinést výsledky, které se mírně liší od ATTEMPTING k vysílání na všechny stěny současně. Lze tvrdit, že se jedná o lepší metriku výkonu stránky, protože skutečné EUT pravděpodobně bude mít spíše úzký paprsek, než aby vypadalo jako speciálně vytvořená anténa. Kromě toho, abychom se vyhnuli chaotické situaci způsobené anténními vzory, můžeme přesně určit, kde v komoře nebo OATS dochází k nedokonalosti. Místo lze identifikovat z úhlu natočení a času potřebného k pohybu signálu (tedy vzdálenosti k místu, kde dochází k odrazu).


Proč investovat do čističky vzduchu?

Výhody metody časové domény jsou četné. Vyhýbá se úskalí problému s nedostatečným výběrem vzorků, o kterém jsme hovořili dříve. Metoda nezávisí na fyzickém přesunu antén na několik samostatných míst a SVSWR z časové domény představuje skutečnou hodnotu místa. Rovněž v metodě CISPR musí být známa přesná vzdálenost mezi anténami, aby se normalizoval vliv způsobený délkou dráhy. Jakékoli nejistoty způsobené vzdáleností se promítají do nejistot SVSWR (vzhledem k potřebným malým přírůstkům je to ještě náročnější). V časové oblasti neexistují žádné nejistoty normalizace vzdálenosti. Možná nejatraktivnější funkcí pro koncového uživatele je navíc to, že časová doména SVSWR je mnohem méně časově náročná. Doba testu se zkrátí téměř šestkrát (viz rovnice 1).

Plně bezodrazová komora má absorpční úpravu na všech čtyřech stěnách, podlaze a stropu komory. Měření odrazu v časové oblasti (TDR) nejenže mohou poskytnout přesné hodnocení testovacího místa, jako je toto, ale mohou také poskytnout další informace, například o tom, odkud pocházejí největší přispěvatelé k odchylkám od ideálního místa.

Někdo by mohl být v pokušení tvrdit, že v metodě CISPR, protože se pohybují antény, pohybují se body odrazu na stěnách komory a je zakryto více oblastí nedokonalostí. Toto je červený sledě. Účelem pohybu přijímací antény je pouze měnit fázové vztahy. Celková měněná vzdálenost je 40 cm. Díky geometrickým posunům (pokud je přenosová cesta rovnoběžná se stěnou komory) se překládá na 20 cm (7.9 ”) pokrytí stěny. Aby teorie mohla fungovat, musíme ve skutečnosti předpokládat, že odrazové vlastnosti absorbérů jsou rovnoměrné po celých 20 cm. Aby bylo možné pokrýt více oblastí, je třeba antény pohnout mnohem drastickěji, jak je tomu v CISPR 16-1-4 (přední, střední, levé a pravé umístění). favicon

Zanechat vzkaz 

Seznam zpráv