EMC-toetswerfkwalifikasies: werkspanning staande golfverhouding versus tyddomein-reflektometrie

Konseptueel is die SVSWR-metode eenvoudig en maklik verstaanbaar. Soos met enige VSWR-meting is dit die doel om die maksimum- en minimumwaardes van 'n staande golf te meet, soos geïllustreer in Figuur 1. Die verhouding tussen hierdie waardes is die VSWR. Die mees algemene toepassing van die VSWR-meting is die evaluering van transmissielyne. As daar 'n impedansiewisseling aan die einde van 'n transmissielyn is tussen die impedansies van die transmissielyn en die las (byvoorbeeld), sal daar 'n randtoestand wees wat 'n gereflekteerde golf tot gevolg het. Die gereflekteerde golf sal op verskillende plekke op die transmissielyn konstruktief of vernietigend interaksie hê met die deurlopende golf vanaf die bron. Die resulterende konstruk (direkte en gereflekteerde golfkombinasie) is 'n staande golf. 'N Eenvoudige voorbeeld hiervan word gevind in die uitgevoerde kragtoets wat benodig word vir toestelle in CISPR 14-1. In hierdie toets word 'n transducer (kragklem) langs 'n verlengde netsnoer van die produk beweeg om die maksimum spanning op die netsnoer oor die frekwensiegebied te meet. Dieselfde gebeurtenis word op 'n onvolmaakte toetswerf gerealiseer. Die transmissielyn is die pad vanaf die toerusting wat getoets word na die ontvangantenne. Weerkaatsde golwe word van ander voorwerpe in die toetsomgewing geskep. Die voorwerpe kan wissel van kamermure tot geboue en motors (op oop terreine). Net soos in die geval van 'n transmissielyn, word 'n staande golf geskep. Die toets wat opgestel is vir die werf VSWR of SVSWR toets word in Figuur 2 getoon.

Die fisiese afmetings van die staande golf is 'n kritieke faktor om die staande golf akkuraat te meet. Die doel is weer om die maksimum en minimum waarde te vind. Die SVSWR-toets in CISPR 16-1-4 stel voor dat die staande golf op 'n toetsplek gemeet word deur 'n antenne wat deur die lug gestuur word, in 'n reguit lyn in die kamer te beweeg en die ontvangste spanning te meet met die emissie-antenne op die normale plek wat gebruik word vir die toets van produkte. Net soos in 'n uitgevoerde kragtoets of soortgelyke VSWR-meting, is 'n voortdurende beweging van die omskakelaar, of in die geval van SVSWR, die sendantenne nodig om die maksimum en minima van die staande golf vas te vang. Dit kan op elke frekwensie gedoen word, maar slegs teen aansienlike koste en tyd. Gevolglik het die CISPR-werkgroep besluit om slegs ses fisiese posisies vir elk van die volumetriese liggings in te boet en te meet (sien Figuur 3). Die enigste ander opsie om die toetstyd te verkort, was om die frekwensie-resolusie van die meting te verminder (bv. Meet minder frekwensies, maar meet elke posisie meer posisies) Die probleem met die opsie is dat baie voorwerpe wat weerspieël smal spektrale eienskappe kan hê. Met ander woorde, sommige materiale kan weerspieël word vir 'n nou frekwensiegebied. Gevolglik het die werkgroep besluit om 'n maksimum 50 MHz-stapgrootte op die toets toe te pas, wat 'n minimum van 340 frekwensies van 1-18 GHz tot gevolg het, maar met slegs ses posisies soos getoon in Figuur 3.

Figuur 3: SVSWR-metingslokasies en -posisies
Die monsterneming van 'n staande golf op slegs 'n diskrete aantal posisies kan waarskynlik voldoende akkuraatheid bied om 'n geskatte SVSWR te bereken, afhangend van die grootte van die stappe. 'N Ander kompromie was egter om dieselfde voorgeskrewe posisies vir elke frekwensie te hê, sodat die toets tyd sou bespaar deur die antenna en veegfrekwensie te beweeg. Die gekose posisies is 0, +2, +10, +18, +30, +40 cm. Probeer u voorstel hoe 'n bordjie op 'n liniaal aangebring is met ses merke daarop. Stel u nou voor dat u die tekengolf in korter en korter golflengtes saamdruk. Figuur 4 illustreer hierdie gedagte-eksperiment. Daar sal frekwensies wees waar die gekose liggings nooit naby die ware maksimum of minimum van die tekengolf sal kom nie. Dit is 'n kompromie wat sal lei tot nakoming van vooroordeel, byvoorbeeld 'n resultaat wat altyd laer is as die ware SVSWR. Hierdie vooroordeel is 'n foutterm en moet nie verwar word met 'n bydrae tot meetonsekerheid nie.

Figuur 4: SVSWR-metingslokasies teenoor golflengte
Hoe groot is die foutterm? As ons aan die voorbeeld in Figuur 4 dink, is dit duidelik dat die golflengte 2 sentimeter is. Dit sou 'n 15 GHz-tekengolf wees. Teen die frekwensie is daar geen gemete staande golf nie, want die golflengte is 2 cm en die ander plekke is selfs veelvoude van 2 (10, 18, 30 en 40 cm)! Natuurlik kom dieselfde probleem by 7.5 GHz voor. By feitlik elke frekwensie meet die steekproefneming nie die maksimum of die minimum nie.

'N Laboratorium moet vier plekke meet, soos getoon in Figuur 3, in twee polariteite en ten minste twee hoogtes volgens CISPR 16-1-4. Die meetbereik is 1-18 GHz. Tot onlangs was die enigste beskikbare antennas wat aan die patroonvereistes voldoen het, in 1-6 GHz en 6-18 GHz modelle beskikbaar. Die gevolg is dat die toetstyd in vergelyking 1 getoon word:

Waar: tx = tyd om funksie x uit te voer, ny = aantal kere wat aktiwiteit Y uitgevoer moet word.


Vergelyking 1: Skat toetstyd vir SVSWR
Die resultaat van hierdie kombinasie van posisies, liggings, polariteite, hoogtes en antennas lei tot 'n taamlike lang toets. Hierdie tyd is 'n geleentheidskoste vir die laboratorium.
Die geleentheidskoste is die inkomste wat andersins gerealiseer kon word in plaas van die uitvoer van hierdie lang toets. 'N Tipiese toetstyd vir hierdie toets is byvoorbeeld minstens drie toetsskofte. As 'n laboratorium $ 2,000 USD vir 'n skof sou vra, verteenwoordig hierdie toets 'n jaarlikse geleentheidskoste, met die veronderstelling dat die werf jaarliks ​​nagegaan word soos aanbeveel, van ten minste $ 6,000 - $ 12,000 USD. Dit sluit nie die aanvanklike koste van die spesiale antennas ($ 14,000 USD) in nie.


Onsekerheid posisioneer
Elke meting van die SVSWR-metode vereis dat die senderantenne op die gespesifiseerde posisies geplaas word (0, 2, 10, 18, 30, 40 cm). Aangesien die berekeninge vir afstand gekorrigeer word, beïnvloed die herhaalbaarheid en reproduceerbaarheid van die posisionering die meetonsekerheid direk. Die vraag word dan, hoe herhaalbaar en reproduceerbaar is die posisionering van die antennas in inkremente van so klein as 2 cm? 'N Onlangse meetstudie wat by UL gedoen is, het getoon dat hierdie bydrae ongeveer 2.5 mm of ongeveer 15% van die 18 GHz-golflengte is. Die grootte van hierdie bydraer hang af van die frekwensie en die amplitude van die staande golf ('n onbekende).

'N Tweede faktor wat verband hou met posisionering is hoek teenoor die antennapatroon. Die antenna-patroonvereistes in CISPR 16-4-1 het 'n wisselvalligheid van ongeveer +/- 2 of 3 dB in H-vlak en selfs groter in E-vlak. As u twee antennas kies met verskillende patrone, maar albei aan die patroonvereistes voldoen, kan u baie verskillende resultate hê. Benewens hierdie variasie tussen antennas en antennas ('n reproduceerbaarheidsprobleem), het die antennas wat gebruik word om te oordra nie perfek simmetriese patrone nie (bv. Patrone wissel met klein inkremente in die hoek) soos in die standaard aangedui. As gevolg hiervan, lei die verandering in die belyning van die stuurantenne na die ontvangantenne tot 'n veranderde ontvangspanning ('n herhaalbaarheidsprobleem). Figuur 5 illustreer die werklike patroonveranderings van 'n SVSWR-antenne met klein inkremente in die hoek. Hierdie ware patroonkenmerke het 'n beduidende veranderlike in hoekposisionering tot gevolg.


Figuur 5: SVSWR-antennepatroon
Die veranderinge in antennaversterking as 'n funksie van relatiewe klein hoekrotasies veroorsaak soveel as 1 dB veranderlikheid in die getoonde voorbeeld.Tyddomeinmetode om SVSWR te verkry

Die SVSWR-metode in CISPR 16-1-4 is gebaseer op die verskuiwing van antennas om die faseverhouding tussen die direkte golf en gereflekteerde golwe van kamerfoute af te wissel. Soos voorheen bespreek, is daar 'n piekrespons (Emax) tussen die twee antennas wanneer die golwe konstruktief toevoeg, en wanneer die golwe vernietigend optel, is daar 'n minimum respons (Emin). Die oordrag kan uitgedruk word as

waar E die ontvangste veldsterkte is.

ED is die direkwegsein, N is die totale aantal weerkaatsings vanaf die terrein (dit kan enkele of meerdere weerkaatsings van die kamerwande of onvolmaakthede in die oop area insluit). ER (i) is die Ith gereflekteerde sein. Laat ons aanneem dat daar slegs een gereflekteerde sein is (dit verloor nie die algemeenheid nie) om die afleiding te vergemaklik. Die werf VSWR (of die relatiewe rimpelgrootte) van die werf kan uitgedruk word as

Deur vergelyking 3 op te los, kry ons die verhouding van die gereflekteerde sein tot die direkte sein
Soos blyk uit Vergelyking 4, beskryf die twee terme, dws die weerkaatsing tot direkte seinverhouding (Erelatief) en die plek VSWR (S) dieselfde fisiese hoeveelheid - 'n maatstaf van die vlak van refleksies op die terrein. Deur die terrein VSWR te meet (soos die geval is in CISPR 16-1-4), kan ons bepaal hoe groot die gereflekteerde golwe is in verhouding tot die direkte golf. In 'n ideale situasie is daar geen weerkaatsings nie, wat Erelatief = 0 en S = 1 tot gevolg het.

Soos voorheen bespreek, verander ons die skeidingsafstand om die verhouding tussen die gereflekteerde en die direkte sein in die VSWR-metode in CISPR 16-1-4 op te spoor, sodat die faseverhouding tussen die direkte pad en gereflekteerde seine kan verander. Vervolgens lei ons die SVSWR uit hierdie skalêre reaksies. Dit blyk dat ons dieselfde SVSWR kan verkry met behulp van vektormetings (spanning en fase) sonder om die antennas fisies te skuif. Dit kan gedoen word met behulp van 'n moderne vektornetwerk-analiseerder (VNA) en transformasies van tyddomeine. Let daarop dat vergelykings 2 tot 4 in die frekwensiedomein of tyddomein geld. In tydsdomein kan ons egter die gereflekteerde seine van die direkte sein onderskei omdat die tydstip waarop hulle by die ontvangsantenne aankom, anders is. Dit kan gesien word as 'n pols wat vanaf die stuurantenne gestuur word. In die tyddomein sal die direkte golf eers by die ontvangantenne aankom, en die gereflekteerde golf sal later arriveer. Deur 'n tydfilter ('n tydfilter) toe te pas, kan die effek van die direkte sein van die weerkaatsing geskei word.

Die werklike metings word in frekwensiedomein met 'n VNA uitgevoer. Die resultate word dan getransformeer na tydsdomein met behulp van inverse Fourier-transform. In tydsdomein word tydsgating toegepas om die direkte en weerkaatsde seine te ontleed. Figuur 6 toon 'n voorbeeld van die tyddomeinrespons tussen twee antennas (deur gebruik te maak van omgekeerde Fourier-transformasie vanaf frekwensiedomeinmetings). Figuur 7 toon dieselfde tydsdomeinrespons met die direkte sein wat afgesluit is. Die tyddomeindata (na die ontleding) word uiteindelik met behulp van Fourier-transform na die frekwensiedomein omgeskakel. Wanneer die gegewens in Figuur 7 byvoorbeeld weer na frekwensiedomein getransformeer word, verteenwoordig dit ER versus frekwensie. Uiteindelik verkry ons dieselfde Erelatief as die CISPR ruimtelike variërende metode, maar deur 'n ander roete te volg. Alhoewel die omgekeerde Fourier-transform (of die daaropvolgende Fourier-transform) na 'n vreesaanjaende taak klink, is dit eintlik 'n ingeboude funksie in 'n moderne VNA. Dit duur nie meer as die druk van 'n paar knoppies nie.

Figuur 6: Tyddomeinrespons (van omgekeerde Fourier-transformasie van die VNA-data) tussen twee boor sigbare antennas. Nasiener 1 toon die direkte sein wat plaasvind op 10 ns x (3 x 108 m / s) = 3 m vanaf die stuurantenne.

Figuur 7: Tyddomeinrespons met die direkte sein afgesluit - laat slegs seine vir laat aankoms (weerkaatsing) agter.
Volgende stappe: die verbetering van die SVSWR-metode vir tyddomein verderOns het vasgestel dat die SVSWR deur ruimtelike beweging en SVSWR volgens tydsdomein ekwivalente data lewer. Empiriese metings kan hierdie punt bevestig. Vrae wat nog steeds bestaan, is: of dit die mees verteenwoordigende gegewens vir Equipment Under Test (EUT) is, en watter onsekerhede kan ons bereik as gevolg van antenna-keuse? Met verwysing na vergelyking 2 word alle weerkaatsings deur die antennepatroon verander voordat dit opgesom word. Laat ons, vir die eenvoud, 'n toetskamer oorweeg waar multi-refleksies weglaatbaar is. Ons het dan sewe terme in die transmissieweg, naamlik die direkte sein en weerkaatsings van vier mure, die plafon en die vloer. In CISPR 16-1-4 is daar baie spesifieke vereistes vir die uitsaai-antennepatroon. Om praktiese redes is hierdie vereistes geensins beperkend nie. Neem byvoorbeeld aan dat die agterwandrefleksie die dominante onvolmaaktheid is, en dat die voor- en agterverhouding van die antenne 6 dB is (binne die spesifikasie CISPR 16). Vir 'n webwerf met 'n gemete SVSWR = 2 (6 dB) wat 'n perfekte isotropiese antenne gebruik, is ER / ED 1/3. As ons 'n antenne met 'n voor-tot-agter-verhouding van 6 dB gebruik, word die gemete SVSWRDie antenne met 'n voor-tot-agter-verhouding van 6 dB onderskat die SVSWR met 20 * log (2.0 / 1.4) = 2.9 dB. Die voorbeeld hierbo is uiteraard té vereenvoudig. As u alle ander weerkaatsings en alle variasies van die antennepatrone oorweeg, is die potensiële onsekerheid nog groter. In die ander polarisasie (in E-vlak) is dit nie moontlik om 'n fisiese isotropiese antenne te hê nie. Dit is 'n nog groter uitdaging om 'n streng antenna-patroon te definieer, waaraan alle regte fisiese antennas moet voldoen.

Die probleem wat verband hou met patroonvariasies kan opgelos word deur die oordragantenne te draai. In hierdie skema het ons nie 'n antenne met 'n breë straal nodig nie - 'n bekende dubbelriggolfgeleierantenne wat algemeen in hierdie frekwensie gebruik word, sal goed werk. Dit word steeds verkies om 'n groot voor-tot-agter-verhouding te hê (wat maklik verbeter kan word deur 'n klein demper agter die antenna te plaas). Die implementering is dieselfde as wat vroeër vir die tyddomeinmetode bespreek is, behalwe dat ons ook die senderantenne 360 ​​° draai en 'n maksimum houvas uitvoer. In plaas daarvan om alle mure gelyktydig te probeer verlig, doen hierdie skema dit een vir een. Hierdie metode kan resultate lewer wat effens verskil van POGING om gelyktydig na alle mure uit te saai. Daar kan aangevoer word dat dit 'n beter maatstaf van die werfprestasie is, aangesien 'n regte EUT waarskynlik 'n smal straal het eerder as om te lyk soos 'n spesiaal vervaardigde antenna. Behalwe dat ons die rommelige situasie weens die antennepatrone vermy, kan ons ook bepaal waar 'n onvolmaaktheid in 'n kamer of 'n OATS voorkom. Die ligging kan geïdentifiseer word vanaf die draaihoek en die tyd wat nodig is om die sein te beweeg (dus die afstand tot waar die weerkaatsing plaasvind).


Gevolgtrekking

Die voordele van die tyddomein-metode is baie. Dit vermy die slaggat van die onder-steekproefkwessie wat vroeër bespreek is. Die metode is nie afhanklik van die fisiese verskuiwing van die antennas na enkele afsonderlike plekke nie, en die SVSWR van tydsgebied verteenwoordig die ware waarde van die werf. In die CISPR-metode moet die presiese afstand tussen die antennas bekend wees om die invloed vanweë die lengte van die pad te normaliseer. Enige onsekerhede as gevolg van die afstand vertaal in onsekerhede van die SVSWR (met inagneming van die klein inkremente wat benodig word, is dit selfs meer uitdagend). In tydsdomein is daar geen onsekerhede oor afstandsnormalisering nie. Boonop is die aantreklikste kenmerk vir 'n eindgebruiker miskien dat tydsdomein SVSWR baie minder tydrowend is. Die toetstyd word amper ses keer verminder (sien Vergelyking 1).

'N Volledig anekoiese kamer bevat absorberbehandeling op al vier mure, vloer en plafon van die kamer. Metings van Time Domain Reflectivity (TDR) kan nie net 'n akkurate beoordeling van 'n toetswerf soos hierdie bied nie, maar kan ook addisionele inligting verskaf, soos waar die grootste bydraer tot afwykings van 'n ideale plek vandaan kom.

'N Mens kan in die versoeking kom om aan te voer dat volgens die CISPR-metode, omdat die antennas verskuif word, die weerkaatsingspunte op die kamermure beweeg en dat meer dele van die onvolmaakthede bedek is. Dit is 'n rooi haring. Die doel van die verskuiwing van die ontvangantenne is om slegs die faseverhoudings te varieer. Die totale gevarieerde afstand is 40 cm. Dit word vertaal na 20 cm (7.9 ”) dekking aan die muur as gevolg van meetkundige vertalings (as die transmissiepad parallel met die kamerwand is). Om die teorie te laat slaag, moet ons aanneem dat die weerkaatsingseienskappe van die absorbeerders eenvormig is oor die hele 20 cm. Om meer gebiede te dek, moet u die antennas baie drasties skuif, soos in CISPR 16-1-4 (die voorste, middelste, linker- en regterligging) gedoen word. favicon

Los 'n boodskap 

boodskap Lys