EMC katsekoha kvalifikatsioon: saidi pinge püsilainete suhe ajadomeeni reflektomeetriaga

Kontseptuaalselt on SVSWR-meetod üsna sirgjooneline ja kergesti mõistetav. Nagu iga VSWR mõõtmise puhul, on ka eesmärk mõõta püstlaine maksimaalseid ja minimaalseid väärtusi, nagu on näidatud joonisel 1. Nende väärtuste suhe on VSWR. Kõige levinum VSWR mõõtmise rakendus on ülekandeliinide hindamine. Kui ülekandeliini lõpus on ülekandeliini impedantside ja koormuse (näiteks) impedantsi mittevastavus, tekib piirtingimus, mille tulemuseks on peegeldunud laine. Peegeldunud laine suhtleb ülekandeliini erinevates kohtades konstruktiivselt või destruktiivselt allika pideva lainega. Saadud konstrukt (otsene ja peegeldunud lainete kombinatsioon) on seisev laine. Selle lihtsa näite leiate CISPR 14-1 seadmete jaoks läbiviidud võimsustestist. Selles katses liigutatakse muundurit (toiteklambrit) piki toote pikendatud toitejuhet, et mõõta toitekaabli maksimaalset pinget huvipakkuvas sagedusalas. Sama sündmus realiseeritakse ebatäiuslikul katsekohas. Ülekandeliin on tee katsetatavast seadmest vastuvõtva antennini. Peegeldunud lained luuakse testkeskkonna teistest objektidest. Need objektid võivad ulatuda kambriseintest kuni hoonete ja autodeni (avatud ala katsetuskohtades). Nii nagu ülekandeliini puhul, luuakse ka püstlaine. VSWR- või SVSWR-testi jaoks loodud test on näidatud joonisel 2.

Püstlaine füüsilised mõõtmed on seisulaine täpse mõõtmise seisukohalt kriitiline tegur. Eesmärk on jällegi leida maksimaalne ja minimaalne väärtus. SVSWR-testis CISPR 16-1-4 tehakse ettepanek mõõta katsealal seisvat lainet, liigutades edastavat antenni kambris sirgjoont mööda ja mõõtes vastuvõetud pinget heiteantenni abil toote testimiseks kasutatud tavalises kohas. Nii nagu läbi viidud võimsuskatse või samalaadse VSWR mõõtmise korral, on ka muunduri või SVSWR puhul edastava antenni pidev liikumine vajalik, et tagada püstlaine maksimumide ja miinimumide püüdmine. Seda sai teha igal sagedusel, kuid ainult märkimisväärse kulu ja ajakuluga. Sellest tulenevalt otsustas CISPR-i töörühm teha kompromissi ja mõõta ainult kuus füüsilist asendit iga mahulise asukoha kohta (vt joonis 3). Ainus võimalus testiaja vähendamiseks oli vähendada mõõtmise sageduse lahutusvõimet (nt mõõta vähem sagedusi, kuid igal sagedusmõõdul rohkem positsioone). Selle valiku probleem on see, et paljudel peegeldavatel objektidel võivad olla kitsad spektraalomadused. Teisisõnu võivad mõned materjalid kitsas sagedusvahemikus oluliselt peegeldada. Sellest tulenevalt otsustas töörühm rakendada testile maksimaalselt 50 MHz astmesuurust, mille tulemuseks oli vähemalt 340 sagedust vahemikus 1–18 GHz, kuid millel oli ainult kuus asendit, nagu on näidatud joonisel 3.

Joonis 3: SVSWR-i mõõtmise asukohad ja positsioonid
Püsiva laine valimine ainult diskreetsel arvul positsioonidel võib usutavasti anda piisava täpsuse ligikaudse SVSWR arvutamiseks sõltuvalt sammude suurusest. Teine kompromiss oli aga see, et iga sageduse jaoks oleksid samad ettenähtud asendid, et test säästaks antenni liigutamise ja sageduse pühkimisega aega. Valitud positsioonid on 0, +2, +10, +18, +30, +40 cm. Proovige ette kujutada joonlauale asetatud märgilainet, millel on kuus märki. Kujutage nüüd ette, kuidas märklaine tihendatakse järjest lühemateks lainepikkusteks. Joonis 4 illustreerib seda mõttekatset. Leidub sagedusi, kus valitud asukohad ei jõua kunagi märgilainete tegelike maksimumide või miinimumide lähedale. See on kompromiss, mille tulemuseks on vastavuse kallutatus, nt tulemus, mis on alati väiksem kui tegelik SVSWR. See eelarvamus on veatermin ja seda ei tohiks segi ajada mõõtemääramatuse panusega.

Joonis 4: SVSWR-i mõõtmise asukohad ja lainepikkus
Kui suur on vea tähtaeg? Kui mõtleme joonisel 4 illustreeritud näitele, on selge, et lainepikkus on 2 sentimeetrit. See oleks 15 GHz märgilaine. Sellel sagedusel ei oleks mõõdetud seisulainet, sest lainepikkus on 2 cm ja teised asukohad on isegi 2 (10, 18, 30 ja 40 cm) kordsed! Muidugi tekib sama probleem sagedusel 7.5 GHz. Praktiliselt igal sagedusel ei võta proovide võtmine ei maksimum ega miinimum mõõtmist.

Labor peab mõõtma neli joonisel 3 näidatud asukohta kahes polaarsuses ja vähemalt kahes kõrguses vastavalt CISPR 16-1-4-le. Mõõtepiirkond on 1–18 GHz. Kuni viimase ajani olid ainsad saadaolevad musterinõuetele vastavad antennid saadaval mudelites 1–6 GHz ja 6–18 GHz. Tagajärg on see, et testi aeg on näidatud võrrandis 1:

Kus: tx = funktsiooni x täitmise aeg, ny = tegevuse Y kordade arv.


1. võrrand: hinnanguline SVSWR-i testimise aeg
Sellise positsioonide, asukohtade, polaarsuste, kõrguste ja antennide kombinatsiooni tulemuseks on üsna pikk test. See aeg kujutab laborile alternatiivkulusid.
Alternatiivkulu on tulu, mis muidu oleks olnud võimalik selle pika testi läbiviimise asemel realiseerida. Näiteks on selle testi tüüpiline katseaeg vähemalt kolm katsevahetust. Kui labor peaks vahetuse eest küsima 2,000 USD, tähendab see test iga-aastast alternatiivkulu, eeldades, et saiti kontrollitakse igal aastal vastavalt soovitusele, vähemalt 6,000 12,000–14,000 XNUMX USD. See ei hõlma spetsiaalsete antennide esialgseid kulusid (XNUMX XNUMX dollarit USD).


Asukoha määramatus
Iga SVSWR-meetodi mõõtmine nõuab edastava antenni positsioneerimist kindlaksmääratud asenditesse (0, 2, 10, 18, 30, 40 cm). Kuna arvutused on korrigeeritud kauguse järgi, mõjutab positsioneerimise korratavus ja reprodutseeritavus otseselt mõõtemääramatust. Seejärel tekib küsimus, kui korratav ja korratav on antennide positsioneerimine sammuga 2 cm? Hiljuti UL-is läbi viidud gage-uuring näitas, et see panus on umbes 2.5 mm ehk umbes 15% 18 GHz lainepikkusest. Selle kaasautori suurus sõltub sagedusest ja seisulaine amplituudist (teadmata).

Teine positsioneerimisega seotud tegur on nurk antenni mustri suhtes. CISPR 16-4-1 antennimustri nõuete varieeruvus on H-tasapinnal umbes +/- 2 või 3 dB ja E-tasapinnal veelgi laiem. Kui valite kaks erineva mustriga antenni, kuid mõlemad vastavad mustrinõuetele, võite saada väga erinevaid tulemusi. Lisaks sellele antenni varieeruvusele (reprodutseeritavuse probleem) pole edastamiseks kasutatavatel antennidel täiesti sümmeetrilisi mustreid (nt mustrid varieeruvad väikeste nurkade kaupa), nagu on näidatud standardis. Selle tagajärjel põhjustab mis tahes muutus edastava antenni ja vastuvõtva antenni joondamise vahel muutunud vastuvõetud pinge (korratavuse probleem). Joonis 5 illustreerib SVSWR-antenni tegelikke mustrilisi muutusi nurga väikeste sammudega. Need tegelikud mustriomadused toovad kaasa märkimisväärse nurgelise positsioneerimise muutlikkuse.


Joonis 5: SVSWR antenni muster
Antenni võimenduse muutused suhteliselt väikeste nurkpöörete funktsioonina põhjustavad näidatud näites varieeruvust kuni 1 dB.Aja domeeni meetod SVSWR hankimiseks

SVSWR-meetod CISPR 16-1-4-s põhineb antennide ruumilisel liikumisel, et varieerida otsese laine ja kambri puudustest peegeldunud lainete faasisuhet. Nagu varem arutletud, on lainete konstruktiivse lisamise korral kahe antenni vahel tippreaktsioon (Emax) ja lainete destruktiivsel lisamisel minimaalne reaktsioon (Emin). Edastust saab väljendada järgmiselt:

kus E on vastuvõetud väljatugevus.

ED on otsetee signaal, N on peegelduste koguarv saidilt (see võib hõlmata ühe- või mitmekordset peegeldust kambri seintelt või avatud ala puudusi). ER (i) on I peegeldunud signaal. Oletame, et tuletamise hõlbustamiseks on ainult üks peegeldunud signaal (see ei kaota üldisust). Saidi saiti VSWR (või suhtelist pulsatsiooni suurust) saab väljendada järgmiselt

Lahendades võrrandi 3, saame peegeldunud signaali ja otsesignaali suhte
Nagu võib võrrandist 4 näha, kirjeldavad need kaks mõistet, st peegeldunud ja otsese signaali suhe (Erelatiivne) ja sait VSWR (S) sama füüsikalist suurust - mõõdab peegelduste taset saidil. Mõõtes saiti VSWR (nagu on CISPR 16-1-4 puhul), saame määrata, kui suured on peegeldunud lained otsese laine suhtes. Ideaalses olukorras pole peegeldusi, mille tulemuseks on Erelatiivne = 0 ja S = 1.

Nagu varem arutletud, muudame peegeldunud ja otsese signaali suhte tuvastamiseks CISPR 16-1-4 saidi VSWR meetodil eralduskaugust, nii et otsese tee ja peegeldunud signaalide faasisuhet saab muuta. Seejärel tuletame nendest skalaarsetest vastustest SVSWR. Selgub, et saame sama SVSWR-i omandada vektori (pinge ja faasi) mõõtmiste abil, ilma et oleks vaja antenne füüsiliselt liigutada. Seda saab teha kaasaegse vektorivõrgu analüsaatori (VNA) ja ajadomeenide teisenduste abil. Pange tähele, et võrrandid 2 kuni 4 kehtivad kas sagedusdomeenis või ajadomeenis. Ajapiirkonnas võime siiski eristada peegeldunud signaale otsesignaalist, kuna ajahetk, millal nad vastuvõtuantenni jõuavad, on erinev. Seda võib vaadelda kui impulssi, mis saadetakse välja antennilt. Ajapiirkonnas jõuab otselaine esmalt vastuvõtuantenni ja peegeldunud laine saabub hiljem. Ajavärava (ajafiltrit) rakendades saab otsesignaali mõju eraldada peegeldatust.

Tegelikud mõõtmised viiakse läbi VNA sageduspiirkonnas. Seejärel transformeeritakse tulemused Fourieri pöördtransformatsiooni abil ajadomeeniks. Ajapiirkonnas rakendatakse otseste ja peegeldunud signaalide sõelumiseks ajavõrku. Joonisel 6 on toodud näide kahe domeeni vahelise ajadomeenivastuse kohta (kasutades sagedusdomeeni mõõtmistest Fourieri pöördteisendit). Joonis 7 näitab sama ajadomeeni vastust otsese signaaliga. Ajadomeeni andmed (pärast sõelumist) teisendatakse lõpuks Fourieri teisenduse abil tagasi sagedusdomeeniks. Näiteks, kui joonisel 7 toodud andmed teisendatakse tagasi sagedusdomeeni, esindavad need ER-i sageduse suhtes. Lõpuks saame sama erelatiivi kui CISPR-i ruumilise varieerimise meetod, kuid läbides erineva tee. Kuigi Fourieri pöördteisend (või sellele järgnev Fourieri teisendus) kõlab hirmuäratava ülesandena, on see tegelikult moodsas VNA-s sisseehitatud funktsioon. Selleks pole vaja muud kui mõne nupu vajutamine.

Joonis 6: Ajadomeeni vastus (VNA andmete pöörd Fourier-teisendusest) kahe puuritud nähtava antenni vahel. Marker 1 näitab otsesignaali, mis tekib kiirusel 10 ns x (3 x 108 m / s) = 3 m saateantennist.

Joonis 7: Ajadomeeni reageerimine otsese signaaliga, mis jääb välja - jättes alles hilise saabumise (peegeldunud) signaalid.
Järgmised sammud: ajadomeeni SVSWR meetodi täiustamineOleme kindlaks teinud, et ruumilise liikumisega SVSWR ja ajadomeeni järgi SVSWR annavad samaväärseid andmeid. Empiirilised mõõtmised võivad seda punkti kinnitada. Küsimused, mis veel püsivad, on: kas need on testitavate seadmete (EUT) kõige esinduslikumad andmed ja milliseid ebakindlusi saame saavutada antenni valiku tõttu? Viidates võrrandile 2, muudetakse antenni mustri järgi kõiki peegeldusi enne nende summeerimist. Mõelgem lihtsuse huvides katsekambrile, kus mitmekordsed peegeldused on tühised. Seejärel on ülekandetees seitse mõistet, nimelt otsesignaal ja peegeldused neljast seinast, laest ja põrandast. CISPR 16-1-4-s on edastava antenni mustril väga konkreetsed nõuded. Praktilistel põhjustel ei ole need nõuded sugugi piiravad. Oletame näiteks, et domineerivaks puuduseks on tagaseina peegeldus ja antenni eest ja tagant suhe on 6 dB (CISPR 16 spetsifikatsiooni piires). Täiuslikku isotroopset antenni kasutava saidi jaoks, mille mõõdetud SVSWR = 2 (6 dB) on ER / ED 1/3. Kui kasutame antenni, mille ees-taga suhe on 6 dB, muutub mõõdetud SVSWR6 dB eest-tagasi suhtega antenn alahindab SVSWR-i 20 * logi (2.0 / 1.4) = 2.9 dB võrra. Ülaltoodud näide on ilmselgelt liiga lihtsustatud. Kõiki muid kambri peegeldusi ja kõiki antennimustrite variatsioone arvesse võttes on potentsiaalne ebakindlus veelgi suurem. Teises polarisatsioonis (E-tasapinnal) ei ole võimalik omada füüsilist isotroopset antenni. Veelgi suurem väljakutse on määratleda range antennimuster, millele kõik reaalsed füüsikalised antennid peavad vastama.

Mustri variatsioonidega seotud küsimuse saab lahendada edastava antenni pööramisega. Selles skeemis ei vaja me laia kiirtega antenni - selles sagedusalas tavaliselt kasutatav tuttav kaheservaline lainepikkusel töötav antenn töötab hästi. Eelistatud on ikkagi suur eesmise ja tagumise suhte suhe (mida saab hõlpsalt parandada, kui antenni taha asetada väike absorbeerija tükk). Rakendus on sama, mida varem käsitleti ajadomeenimeetodi puhul, välja arvatud see, et me pöörame ka edastavat antenni 360 ° ja teeme maksimaalse hoidmise. Selle asemel, et proovida kõiki seinu korraga valgustada, teeb see skeem seda ükshaaval. See meetod võib anda tulemusi, mis erinevad kõigist seintest samaaegselt levitamise katsest ATTEMPTING. Võib väita, et see on saidi jõudluse parem mõõdik, sest tõelisel EUT-l on tõenäoliselt kitsas kiir, mitte et see oleks spetsiaalselt välja töötatud antenn. Lisaks antennimustritest tingitud segase olukorra vältimisele saame täpselt kindlaks määrata, kus kambris või OATS-is esineb puudus. Asukohta saab tuvastada pöördenurga ja signaali liikumiseks kuluva aja järgi (seega kaugus peegelduskohani).


Järeldus

Ajadomeeni meetodi eelised on arvukad. Sellega välditakse varem arutatud alavalimite probleemi lõksu. Meetod ei sõltu antennide füüsilisest teisaldamisest mõnesse eraldiseisvasse kohta ja ajadomeeni SVSWR tähistab saidi tegelikku väärtust. Samuti peab CISPR-i meetodil tee pikkusest tingitud mõju normaliseerimiseks olema teada antennide täpne kaugus. Kõik vahemaa tõttu tekkivad ebakindlused tähendavad SVSWRi määramatust (arvestades vajalikke väikseid juurdekasvu on see veelgi keerulisem). Ajal pole kauguse normaliseerimise ebakindlust. Lisaks on lõppkasutaja jaoks kõige atraktiivsem omadus see, et ajadomeen SVSWR on palju vähem aeganõudev. Katseaeg väheneb peaaegu kuus korda (vt võrrand 1).

Täielikult kajatu kambriga on absorbeeritav kamber kõigi nelja seina, põranda ja lae töötlus. Ajadomeeni peegelduvuse (TDR) mõõtmised võimaldavad mitte ainult täpset hinnangut sellisele testimispaigale, vaid võivad anda ka lisateavet näiteks selle kohta, kust pärinevad kõige rohkem kõrvalekalded ideaalsest saidist.

Võib tekkida kiusatus väita, et CISPR-meetodil, kuna antenne liigutatakse, liiguvad peegelduspunktid kambri seintel ja kaetud on rohkem puudujääke. See on punane heeringas. Vastuvõtuantenni liigutamise eesmärk on muuta ainult faasisuhteid. Vahemaad olid erinevad 40 cm. See tähendab geomeetriliste tõlgete tõttu 20 cm (7.9 ”) katvust seinal (kui ülekandetee on kambri seinaga paralleelne). Teooria väljatöötamiseks peame tegelikult eeldama, et neeldurite peegeldumisomadused on kogu 20 cm ulatuses ühtlased. Rohkemate alade katmiseks tuleb antenne liigutada palju drastilisemalt, nagu tehakse CISPR 16-1-4 (eesmine, keskmine, vasak ja parem asukoht). favicon

Jäta sõnum 

Sõnumite nimekiri