Квалификации за тест на ЕМС: Сооднос на бран на напон на страницата наспроти рефлексометрија на доменот на времето

Концептивно, методот SVSWR е прилично јасен и лесно разбирлив. Како и со секое мерење на VSWR, целта е да се измерат максималните и минималните вредности на стоечкиот бран како што е илустрирано на слика 1. Односот на овие вредности е VSWR. Најчестата примена на мерењето на VSWR е во проценка на далекуводите. Ако има несовпаѓање на импедансата на крајот од далноводот помеѓу импедансите на далекуводот и товарот (на пример), ќе има гранична состојба што резултира во рефлектиран бран. Рефлектираниот бран, на различни локации на далекуводот, ќе биде конструктивно или деструктивно во интеракција со континуираниот бран од изворот. Резултирачкиот конструкт (директна и рефлектирана комбинација на бран) е стоен бран. Едноставен пример за ова се наоѓа во спроведениот тест за напојување потребен за апарати во CISPR 14-1. На овој тест, трансдуцерот (стегач за напојување) се поместува по продолжениот кабел за напојување на производот во обид да се измери максималниот напон на кабелот за напојување во опсегот на фреквенција од интерес. Истиот настан се реализира на несовршено полигон. Далноводот е патека од опремата што се испитува до антената за прием. Рефлектираните бранови се создаваат од други објекти во тест-околината. Тие предмети може да се движат од wallsидови на коморите до згради и автомобили (на полигони за отворено подрачје). Исто како и во случај на далекувод, се создава стојан бран. Тестот поставен за тестот за веб-страница VSWR или SVSWR е прикажан на слика 2.

Физичките димензии на стоечкиот бран се критичен фактор за точно мерење на бранот што стои. Целта е повторно да се најде максималната и минималната вредност. SVSWR тестот во CISPR 16-1-4 предлага да се измери стоечкиот бран на место за испитување со поместување на преносна антена по права линија во комората и мерење на примениот напон со антената на емисиите на нормалната локација што се користи за тестирање на производот. Исто како и во спроведениот тест за напојување или слично мерење на VSWR, потребно е континуирано движење на трансдуцерот, или во случај на SVSWR антената што ја пренесува, за да се обезбеди зафаќање на максимумот и минимумот на стоечкиот бран. Ова може да се направи на секоја фреквенција, но само со значителен трошок и време. Следствено, работната група CISPR одлучи да направи компромис и да измери само шест физички позиции за секоја од волуметриските локации (види слика 3). Единствената друга опција за намалување на времето за испитување беше да се намали резолуцијата на фреквенцијата на мерењето (на пр. Мери помалку фреквенции, но на секоја фреквенција мери повеќе позиции). Проблемот со таа опција е што многу објекти што рефлектираат можат да имаат тесни спектрални карактеристики. Со други зборови, некои материјали можат да бидат значително рефлексивни за тесен опсег на фреквенција. Следствено, работната група одлучи да примени максимална големина на чекор од 50 MHz на тестот што резултира со минимум 340 фреквенции од 1-18 GHz, но со само шест позиции како што е прикажано на слика 3.

Слика 3: Локации и позиции на мерење на SVSWR
Земањето примероци на стоечки бран само на дискретен број на позиции може веројатно да обезбеди доволна точност за пресметување на приближен SVSWR во зависност од големината на чекорите. Сепак, друг компромис беше да се имаат истите пропишани позиции за секоја фреквенција, така што тестот ќе заштеди време со поместување на антената и фреквенцијата на убедливоста. Избраните позиции се 0, +2, +10, +18, +30, +40 см. Обидете се да замислите знак бран надреден на владетел со шест ознаки. Сега замислете да го компресирате знакот бран во пократки и пократки бранови должини. Слика 4 го илустрира овој мисловен експеримент. Beе има фреквенции каде избраните локации никогаш нема да се приближат до вистинските максимуми или минимуми на знакот бран. Ова е компромис што ќе резултира со пристрасност за усогласеност, на пр., Резултат што е секогаш понизок од вистинскиот SVSWR. Оваа пристрасност е поим за грешка и не треба да се меша со придонесот за несигурност во мерењето.

Слика 4: Места за мерење на SVSWR наспроти бранова должина
Колку е голем терминот за грешка? Ако мислиме на примерот илустриран на слика 4, јасно е дека брановата должина е 2 сантиметри. Тоа би бил знак-бран од 15 GHz. На таа фреквенција, нема да има измерен стојан бран затоа што брановата должина е 2 см, а другите локации се дури множители од 2 (10, 18, 30 и 40 см)! Се разбира, истото прашање се јавува на 7.5 GHz. Практично на секоја фреквенција, земањето примероци резултира во мерење ниту на максимумот ниту на минималното.

Лабораторијата мора да измери четири локации како што е прикажано на слика 3 во два поларитети и најмалку две висини во согласност со CISPR 16-1-4. Опсегот на мерење е 1-18 GHz. До неодамна, единствените достапни антени што ги исполнуваа барањата на моделот беа достапни во модели од 1-6 GHz и 6-18 GHz. Последицата е дека времето на тестот е прикажано во равенката 1:

Каде што: tx = време за извршување на функцијата x, ny = број на пати мора да се изврши активност Y.


Равенка 1: Проценете го времето за тестирање за SVSWR
Резултатот од оваа комбинација на позиции, локации, поларитети, висини и антени резултира со прилично долг тест. Овој пат претставува можност за лабораторијата.
Опортунитетни трошоци се приходите што инаку би можеле да се реализираат наместо да се спроведе овој долг тест. Како пример, типично време на тест за овој тест е најмалку три тест смени. Доколку лабораторијата наплаќаше 2,000 УСД за промена, овој тест претставува годишен трошок за можност, под претпоставка дека страницата се проверува годишно како што е препорачано, од најмалку 6,000 до 12,000 УСД УСД. Ова не ги вклучува почетните трошоци на специјалните антени (14,000 XNUMX УСД).


Несигурност во позиционирањето
Секое мерење на методот SVSWR бара позиционирање на предавателната антена на наведените позиции (0, 2, 10, 18, 30, 40 см). Бидејќи пресметките се коригираат за растојание, повторливоста и репродуктивноста на позиционирањето директно влијае на неизвесноста на мерењето. Тогаш станува прашањето, колку е повторливо и репродуктивно позиционирањето на антените во чекори од 2 см? Неодамнешната студија за гејгови спроведена на UL покажа дека овој придонес е приближно 2.5 mm или околу 15% од брановата должина од 18 GHz. Големината на овој соработник ќе зависи од фреквенцијата и амплитудата на стоечкиот бран (непозната).

Втор фактор поврзан со позиционирањето е аголот наспроти моделот на антената. Барањата за моделот на антена во CISPR 16-4-1 имаат варијабилност од приближно +/- 2 или 3 dB во H-рамнината и уште поширока во Е-рамнината. Ако изберете две антени со различни модели, но и двете ги исполнуваат барањата на моделот, може да имате многу различни резултати. Покрај варијабилноста на антената до антената (проблем со репродуктивност), антените што се користат за пренос немаат совршено симетрични обрасци (на пр. Моделите варираат со мали чекори на агол) како што е прикажано во стандардот. Како последица, секоја промена во усогласувањето на антената што ја пренесува до антената што прима, резултира со променет примен напон (проблем со повторливост). Слика 5 ги илустрира реалните промени во моделот на антената SVSWR со мали чекори на аголот. Овие вистински карактеристики на моделот резултираат во значителна варијабилност на аголното позиционирање.


Слика 5: Модел на антена на SVSWR
Промените во добивката на антената како функција на релативно мали аголни вртења предизвикуваат дури 1 dB варијабилност во прикажаниот пример.Метод на временски домен за да се добие SVSWR

SVSWR методот во CISPR 16-1-4 се базира на подвижни антени просторно за да се менува фазната врска помеѓу директниот бран и рефлектираните бранови од несовршеностите на комората. Како што беше дискутирано претходно, кога брановите додаваат конструктивно, постои врвен одговор (Емакс) помеѓу двете антени и кога брановите додаваат деструктивно, има минимален одговор (Емин). Преносот може да се изрази како

каде Е е добиената јачина на полето.

ED е сигнал за директна патека, N е вкупен број на рефлексии од локацијата (ова може да вклучува единечни или повеќекратни рефлексии од wallsидовите на комората или несовршености на страницата на отворено подрачје). ER (i) е Ith рефлектиран сигнал. За полесно изведување, да претпоставиме дека има само еден рефлектиран сигнал (ова нема да ја изгуби општоста). Веб-страницата VSWR (или релативната големина на бран) на страницата може да се изрази како

Со решавање на равенката 3, го добиваме односот на рефлектираниот сигнал до директниот сигнал
Како што може да се види од равенката 4, двата поима, односно односот на рефлектиран на директен сигнал (ерелативен) и страницата VSWR (S) ја опишуваат истата физичка величина - мерка за нивото на рефлексии на локацијата. Со мерење на страницата VSWR (како што е случај во CISPR 16-1-4), можеме да утврдиме колку се големи рефлектираните бранови во однос на директниот бран. Во идеална ситуација нема рефлексии, што резултира во Ерелативно = 0 и С = 1.

Како што претходно беше дискутирано, за да се открие односот помеѓу рефлектираниот и директниот сигнал, во методот на страницата VSWR во CISPR 16-1-4, ние го менуваме растојанието на одвојување, така што фазната врска помеѓу директната патека и рефлектираните сигнали може да се менува. Последователно, ние го изведуваме SVSWR од овие скаларни одговори. Излегува дека можеме да го стекнеме истиот SVSWR користејќи векторски (напонски и фазни) мерења без потреба од физичко движење на антените. Ова може да се направи со помош на модерен анализатор на векторска мрежа (VNA) и трансформации на временски домен. Забележете дека равенките 2 до 4 важат или во фреквентен домен или во временски домен. Во временскиот домен, сепак, можеме да ги разликуваме рефлектираните сигнали од директниот сигнал бидејќи точката во времето во која тие пристигнуваат во антената за примање е различна. Ова може да се гледа како пулс испратен од антената за пренос. Во временскиот домен, директниот бран најпрво ќе пристигне до приемната антена, а рефлектираниот бран ќе пристигне подоцна. Со примена на временска порта (временски филтер), ефектот на директниот сигнал може да се оддели од рефлектираните.

Вистинските мерења се вршат во фреквентен домен со VNA. Резултатите потоа се трансформираат во временски домен користејќи инверзна Фуриева трансформација. Во временскиот домен, временската порта се применува за да се анализираат директните и рефлектираните сигнали. Слика 6 покажува пример за одговор на временскиот домен помеѓу две антени (со употреба на инверзна трансформација на Фурие од мерења на фреквентниот домен). Слика 7 ја покажува истата реакција на временскиот домен со директниот сигнал затворен. Податоците за временскиот домен (по парсирањето) конечно се претвораат во фреквентен домен со употреба на Фуриевата трансформација. На пример, кога податоците на Слика 7 се трансформираат во фреквентен домен, тие претставуваат ER наспроти фреквенцијата. На крајот, го добиваме истиот Erelative како CISPR, просторен метод, но поминувајќи по друг пат. Иако инверзната трансформација на Фурие (или последователната Фуриева трансформација) звучи како застрашувачка задача, таа всушност е вградена функција во модерна ВНА. Не е потребно повеќе од притискање на неколку копчиња.

Слика 6: Одговор на временски домен (од инверзна трансформација на Фуриер на податоците на ВНА) помеѓу две антени со дупнатост. Маркерот 1 го покажува директниот сигнал кој се јавува на 10 ns x (3 x 108 m / s) = 3 m од антената за пренос.

Слика 7: Одговор на временски домен со директен сигнал затворен - оставајќи сигнали само за задоцнето пристигнување (рефлектирани).
Следни чекори: Подобрување на методот SVSWR на доменот за времеУтврдивме дека SVSWR со просторно движење и SVSWR по временски домен произведуваат еквивалентни податоци. Емпириските мерења можат да ја потврдат оваа точка. Прашањата што сè уште траат се: дали ова се најрепрезентативните податоци за опрема под тест (ЕУТ) и какви несигурности можеме да постигнеме поради изборите на антената? Осврнувајќи се на равенката 2, сите рефлексии се модифицираат според моделот на антената пред да се сумираат. За едноставност, да разгледаме тест комора каде што повеќе рефлексиите се занемарливи. Тогаш имаме седум термини во патеката за пренос, имено директен сигнал и рефлексии од четири wallsида, таванот и подот. Во CISPR 16-1-4, постојат многу специфични барања за моделот на антена за пренос. Од практични причини, овие барања во никој случај не се ограничувачки. На пример, претпостави дека одразот на задниот wallид е доминантна несовршеност, а односот од предната и задната страна на антената е 6 dB (во рамките на спецификацијата CISPR 16). За страница со измерен SVSWR = 2 (6 dB) со користење на совршена изотропна антена, ER / ED е 1/3. Ако користиме антена со сооднос однапред и назад од 6 dB, мерениот SVSWR стануваАнтената со сооднос напред и назад од 6 dB го потценува SVSWR за 20 * дневник (2.0 / 1.4) = 2.9 dB. Горенаведениот пример е очигледно премногу поедноставен. Кога се разгледуваат сите други рефлексии на комората и сите варијации на моделите на антената, потенцијалната неизвесност е уште поголема. Во другата поларизација (во Е-рамнина) не е можно да се има физичка изотропска антена. Уште поголем предизвик е да се дефинира строга шема на антена, која сите вистински физички антени мора да ги исполнуваат.

Растојанието поврзано со варијациите на моделот може да се реши со ротирање на предавателната антена. Во оваа шема, не ни е потребна антена со широк зрак - позната двојно-брановидна антена за брановодство, најчесто користена во овој фреквентен опсег, ќе работи добро. Сè уште се претпочита да има голем однос напред и назад (што лесно може да се подобри со поставување на мало парче апсорбер зад антената). Имплементацијата е иста како што беше дискутирано порано за методот на временски домен, освен што ние исто така ја ротираме предавателната антена за 360 ° и извршуваме максимално задржување. Наместо да се обидувате да ги осветлувате сите wallsидови истовремено, оваа шема го прави тоа едно по едно. Овој метод може да даде резултати што се малку поинакви од ОБИДОТ да се емитува на сите wallsидови истовремено. Може да се тврди дека тоа е подобра метрика за перформансите на страницата, бидејќи вистинскиот EUT веројатно ќе има тесен зрак отколку да изгледа како специјално изработена антена. Во прилог на избегнување на неуредна ситуација поради моделите на антената, можеме да прецизираме каде се појавува несовршеност во комора или овес. Локацијата може да се идентификува од аголот на ротација и времето потребно за патување на сигналот (со тоа растојанието до местото каде што се појавува рефлексија).


Заклучок

Придобивките од методот на временски домен се многубројни. Со тоа се избегнува стапицата на прашањето за недоволно земање примероци, дискутирано претходно. Методот не зависи од физичко поместување на антените на неколку дискретни локации, а SVSWR од временски домен ја претставува вистинската вредност на страницата. Исто така, во методот CISPR, за нормализирање на влијанието поради должината на патеката, мора да се знае точното растојание помеѓу антените. Секоја несигурност како резултат на растојанието се претвора во несигурност на SVSWR (имајќи ги предвид малите чекори што се потребни, тоа е уште попредизвикувачко). Во временскиот домен, нема несигурности за нормализирање на далечината. Покрај тоа, можеби најатрактивната карактеристика за крајниот корисник е тоа што временскиот домен SVSWR одзема многу помалку време. Времето на тестот е намалено скоро шест пати (види Равенка 1).

Целосно анехоична комора има третман на апсорбер на сите четири wallsида, подот и таванот на комората. Мерењата на рефлексивноста на временскиот домен (TDR) не само што можат да обезбедат точна проценка на тест-страница, како што е ова, туку можат да обезбедат и дополнителни информации, како на пример од каде потекнуваат најголемите соработници на отстапувања од идеална страница.

Може да се најде во искушение да се тврди дека во методот CISPR, бидејќи антените се поместени, точките на рефлексија се движат по wallsидовите на комората и се покриваат повеќе области на несовршености. Ова е црвена харинга. Целта на преместување на антената за примање е да се менуваат само фазните односи. Вкупното растојание е различно 40 см. Тоа се преведува на 20 см (7.9 ”) покриеност на wallидот заради преводите на геометријата (ако патеката за пренос е паралелна со wallидот на комората). За да се развие теоријата, ние всушност треба да претпоставиме дека својствата на рефлексија на абсорберите се униформни по цели 20 см. За да се покријат повеќе области, треба да се поместат антените многу подрастично, како што е направено во CISPR 16-1-4 (предната, централната, левата и десната локација). фавикон

Остави порака 

Список со пораки