Probas EMC Cualificacións do sitio: taxa de onda estacionaria de tensión do sitio fronte á reflexometría de dominio temporal

Conceptualmente, o método SVSWR é bastante sinxelo e facilmente comprensible. Como ocorre con calquera medida de VSWR, o obxectivo é medir os valores máximo e mínimo dunha onda estacionaria como se ilustra na Figura 1. A proporción destes valores é a VSWR. A aplicación máis común da medición VSWR é na avaliación das liñas de transmisión. Se hai un desaxuste de impedancia ao final dunha liña de transmisión entre as impedancias da liña de transmisión e a carga (por exemplo), haberá unha condición límite que provoque unha onda reflectida. A onda reflectida, en varios lugares da liña de transmisión, interactuará construtivamente ou destrutivamente coa onda continua da fonte. A construción resultante (combinación de onda directa e reflectida) é unha onda estacionaria. Un exemplo sinxelo disto atópase na proba de potencia realizada necesaria para os electrodomésticos no CISPR 14-1. Nesta proba móvese un transdutor (pinza de potencia) ao longo dun cable de alimentación estendido do produto nun esforzo por medir a tensión máxima no cable de alimentación no rango de frecuencia de interese. O mesmo evento realízase nun sitio de proba imperfecto. A liña de transmisión é o camiño dende o equipo que se está a probar ata a antena receptora. As ondas reflectidas créanse a partir doutros obxectos do entorno de proba. Eses obxectos poderían ir desde as paredes da cámara ata os edificios e os coches (nos lugares de proba en áreas abertas). Do mesmo xeito que no caso dunha liña de transmisión, créase unha onda estacionaria. A proba configurada para a proba VSWR ou SVSWR do sitio móstrase na Figura 2.

As dimensións físicas da onda estacionaria son un factor crítico para medir con precisión unha onda estacionaria. O obxectivo, de novo, é atopar o valor máximo e mínimo. A proba SVSWR do CISPR 16-1-4 propón medir a onda estacionaria nun lugar de proba movendo unha antena transmisora ​​ao longo dunha liña recta na cámara e medindo a tensión recibida coa antena de emisións no lugar normal utilizado para a proba do produto. Do mesmo xeito que nunha proba de potencia realizada ou medición VSWR similar, é necesario un movemento continuo do transdutor, ou no caso de SVSWR a antena transmisora, para garantir a captura dos máximos e mínimos da onda estacionaria. Isto podería facerse a cada frecuencia, pero só cun gasto e tempo considerables. En consecuencia, o grupo de traballo CISPR decidiu comprometer e medir só seis posicións físicas para cada unha das ubicacións volumétricas (ver Figura 3). A única outra opción para reducir o tempo de proba foi reducir a resolución de frecuencia da medida (por exemplo, medir menos frecuencias pero en cada frecuencia medir máis posicións). O problema con esa opción é que moitos obxectos que reflicten poden ter características espectrais estreitas. Noutras palabras, algúns materiais poden ser significativamente reflectantes para un rango de frecuencia estreito. En consecuencia, o grupo de traballo decidiu aplicar un paso máximo de 50 MHz á proba resultando nun mínimo de 340 frecuencias de 1-18 GHz pero con só seis posicións como se mostra na Figura 3.

Figura 3: Localizacións e posicións de medición SVSWR
A mostraxe dunha onda estacionaria só nun número discreto de posicións pode proporcionar plausiblemente suficiente precisión para calcular un SVSWR aproximado dependendo do tamaño dos pasos. Non obstante, outro compromiso era ter as mesmas posicións prescritas para cada frecuencia para que a proba aforrase tempo movendo a antena e varrendo a frecuencia. As posicións escollidas son 0, +2, +10, +18, +30, +40 cm. Tente imaxinar unha onda de signos superposta a unha regra con seis marcas. Agora imaxina comprimir a onda de signo en lonxitudes de onda cada vez máis curtas. A figura 4 ilustra este experimento mental. Haberá frecuencias nas que os lugares escollidos nunca se achegarán aos verdadeiros máximos ou mínimos da onda de signos. Este é un compromiso que producirá un sesgo de cumprimento, por exemplo, un resultado que sempre é inferior ao verdadeiro SVSWR. Este nesgo é un termo de erro e non debe confundirse cunha contribución de incerteza na medición.

Figura 4: Localizacións de medición SVSWR fronte á lonxitude de onda
Que tamaño ten o termo de erro? Se pensamos no exemplo ilustrado na figura 4 está claro que a lonxitude de onda é de 2 centímetros. Isto sería unha onda de signos de 15 GHz. A esa frecuencia, non habería onda estacionaria medida porque a lonxitude de onda é de 2 cm e as demais localizacións son incluso múltiplos de 2 (10, 18, 30 e 40 cm). Por suposto, o mesmo problema ocorre a 7.5 GHz. En case todas as frecuencias a mostraxe non mide nin o máximo nin o mínimo.

Un laboratorio debe medir catro localizacións como se mostra na Figura 3 en dúas polaridades e polo menos dúas alturas segundo CISPR 16-1-4. O rango de medición é de 1 a 18 GHz. Ata hai pouco, as únicas antenas dispoñibles que cumprían os requisitos de patrón estaban dispoñibles nos modelos de 1-6 GHz e 6-18 GHz. A consecuencia é que o tempo de proba móstrase na ecuación 1:

Onde: tx = tempo para realizar a función x, ny = número de veces que se debe realizar a actividade Y.


Ecuación 1: estimar o tempo de proba para SVSWR
O resultado desta combinación de posicións, localizacións, polaridades, alturas e antenas resulta nunha proba bastante longa. Esta vez representa un custo de oportunidade para o laboratorio.
O custo de oportunidade é o ingreso que doutro xeito podería realizarse no canto de realizar esta longa proba. Como exemplo, o tempo de proba normal para esta proba é de polo menos tres quendas de proba. Se un laboratorio cobrase 2,000 dólares por unha quenda, esta proba supón un custo anual de oportunidade, supoñendo que o sitio se revisa anualmente como se recomenda, de polo menos 6,000 a 12,000 dólares. Isto non inclúe os custos iniciais das antenas especiais (14,000 dólares).


Posición de incerteza
Cada medida do método SVSWR require o posicionamento da antena transmisora ​​ás posicións especificadas (0, 2, 10, 18, 30, 40 cm). Dado que os cálculos son corrixidos en función da distancia, a repetibilidade e reprodutibilidade do posicionamento afecta directamente á incerteza da medición. A pregunta entón convértese en como é de repetible e reproducible o posicionamento das antenas en incrementos tan pequenos como 2 cm? Un recente estudo de medición realizado en UL demostrou que esta contribución é de aproximadamente 2.5 mm ou aproximadamente o 15% da lonxitude de onda de 18 GHz. A magnitude deste colaborador dependerá da frecuencia e da amplitude da onda estacionaria (unha incógnita).

Un segundo factor relacionado co posicionamento é o ángulo fronte ao patrón da antena. Os requisitos do patrón de antena no CISPR 16-4-1 teñen unha variabilidade de aproximadamente +/- 2 ou 3 dB no plano H e aínda máis amplo no plano E. Se escolle dúas antenas con patróns diferentes pero ambas cumpren os requisitos do patrón, pode ter resultados moi diferentes. Ademais desta variabilidade de antena a antena (un problema de reprodutibilidade), as antenas usadas para transmitir non teñen patróns perfectamente simétricos (por exemplo, os patróns varían con pequenos incrementos de ángulo) como se mostra no estándar. Como consecuencia, calquera cambio no aliñamento da antena transmisora ​​á antena receptora resulta nunha tensión recibida modificada (un problema de repetibilidade). A Figura 5 ilustra os cambios de patrón reais dunha antena SVSWR con pequenos incrementos no ángulo. Estas verdadeiras características do patrón dan lugar a unha variabilidade de posicionamento angular significativa.


Figura 5: Patrón de antena SVSWR
Os cambios na ganancia da antena en función de rotacións angulares relativamente pequenas causan ata 1 dB de variabilidade no exemplo mostrado.Método de dominio de tempo para obter SVSWR

O método SVSWR en CISPR 16-1-4 baséase en antenas móbiles espaciais para variar a relación de fase entre a onda directa e as ondas reflectidas a partir das imperfeccións da cámara. Como se comentou anteriormente, cando as ondas se suman de forma construtiva, hai unha resposta máxima (Emax) entre as dúas antenas e cando as ondas se suman destrutivamente, hai unha resposta mínima (Emin). A transmisión pódese expresar como

onde E é a intensidade do campo recibido.

ED é o sinal de ruta directa, N é o número total de reflexos do sitio (isto pode incluír reflexos individuais ou múltiples das paredes da cámara ou imperfeccións do sitio da área aberta). ER (i) é o sinal Ith reflectido. Para facilitar a derivación, supoñamos que só hai un sinal reflectido (isto non perderá a xeneralidade). O sitio VSWR (ou o tamaño de onda relativo) do sitio pódese expresar como

Resolvendo a ecuación 3, obtemos a relación do sinal reflectido co sinal directo
Como se pode ver na ecuación 4, os dous termos, é dicir, a relación de sinal reflectido a directo (Erelativo) e o sitio VSWR (S) describen a mesma cantidade física, unha medida do nivel de reflexións no sitio. Medindo o sitio VSWR (como é o caso no CISPR 16-1-4), podemos determinar o grande que son as ondas reflectidas en relación á onda directa. Nunha situación ideal non hai reflexos, o que resulta en Erelativo = 0 e S = 1.

Como se comentou anteriormente, para detectar a relación entre o sinal reflectido e o directo, no método VSWR do sitio en CISPR 16-1-4, cambiamos a distancia de separación polo que se pode variar a relación de fase entre o camiño directo e os sinais reflectidos. Posteriormente, derivamos o SVSWR destas respostas escalares. Resulta que podemos adquirir o mesmo SVSWR empregando medidas vectoriais (tensión e fase) sen necesidade de mover fisicamente as antenas. Isto pódese facer coa axuda dun moderno analizador de rede vectorial (VNA) e transformacións de dominio de tempo. Teña en conta que as ecuacións 2 a 4 son verdadeiras tanto no dominio de frecuencia como no dominio do tempo. No dominio do tempo, con todo, podemos distinguir os sinais reflectidos do sinal directo porque o momento no que chegan á antena de recepción é diferente. Isto pódese ver como un pulso enviado desde a antena de transmisión. No dominio do tempo, a onda directa chegará primeiro á antena de recepción e a onda reflectida chegará despois. Ao aplicar o tempo de bloqueo (un filtro de tempo), o efecto do sinal directo pódese separar dos reflectidos.

As medicións reais realízanse en dominio de frecuencia cun VNA. Os resultados transfórmanse a dominio temporal empregando transformada de Fourier inversa. No dominio do tempo, aplícase o tempo para analizar os sinais directos e reflectidos. A figura 6 mostra un exemplo da resposta do dominio temporal entre dúas antenas (mediante transformada de Fourier inversa a partir de medicións de dominio de frecuencia). A Figura 7 mostra a mesma resposta de dominio de tempo co sinal directo bloqueado. Os datos do dominio de tempo (despois do análisis) volven converterse de novo en dominio de frecuencia usando a transformada de Fourier. Por exemplo, cando os datos da Figura 7 transfórmanse de novo a dominio de frecuencia, representan ER fronte a frecuencia. Ao final, obtemos o mesmo erelativo que o método de variación espacial CISPR, pero percorrendo unha ruta diferente. Aínda que a transformada inversa de Fourier (ou a posterior transformada de Fourier) soa como unha tarefa desalentadora, en realidade é unha función integrada nun VNA moderno. Non fai falta máis que premer algúns botóns.

Figura 6: Resposta ao dominio do tempo (a partir da Transformada de Fourier inversa dos datos de VNA) entre dúas antenas con orificio. O marcador 1 mostra o sinal directo que se produce a 10 ns x (3 x 108 m / s) = 3 m da antena de transmisión.

Figura 7: Resposta ao dominio do tempo co sinal directo bloqueado - deixando só sinais de chegada tardía (reflectidos).
Seguintes pasos: Mellorar máis o método SVSWR de dominio de tempoEstablecemos que o SVSWR por movemento espacial e SVSWR por dominio temporal producen datos equivalentes. As medicións empíricas poden validar este punto. As preguntas que aínda persisten son: se este é o dato máis representativo de equipos sometidos a proba (EUT) e que incertezas podemos acadar debido ás seleccións de antenas? En referencia á ecuación 2, todas as reflexións son modificadas polo patrón da antena antes de ser sumadas. Por simplicidade, consideremos unha cámara de proba onde as reflexións múltiples son insignificantes. Despois temos sete termos no camiño de transmisión, a saber, o sinal directo e os reflexos de catro paredes, o teito e o chan. No CISPR 16-1-4, hai requisitos moi específicos sobre o patrón de antena transmisora. Por razóns prácticas, estes requisitos non son de ningún xeito restritivos. Por exemplo, supoña que a reflexión da parede traseira é a imperfección dominante e a relación fronte a parte traseira da antena é de 6 dB (dentro da especificación CISPR 16). Para un sitio cun SVSWR medido = 2 (6 dB) usando unha antena isotrópica perfecta, ER / ED é 1/3. Se usamos unha antena cunha relación fronte a atrás de 6 dB, o SVSWR medido convértese enA antena cunha relación fronte a atrás de 6 dB subestima o SVSWR nun 20 * log (2.0 / 1.4) = 2.9 dB. O exemplo anterior é obviamente demasiado simplificado. Ao considerar todos os demais reflexos da cámara e todas as variacións dos patróns da antena, a incerteza potencial é aínda maior. Na outra polarización (en plano E), non é posible ter unha antena isotrópica física. É un reto aínda maior definir un patrón de antena estrito, que todas as antenas físicas reais deben cumprir.

O problema relacionado coas variacións do patrón pódese resolver xirando a antena transmisora. Neste esquema, non necesitamos unha antena cun feixe amplo; unha antena familiar de guía de onda de dobre nervio que se usa normalmente neste rango de frecuencia funcionará ben. Aínda se prefire ter unha gran relación fronte a atrás (que se pode mellorar facilmente colocando un pequeno anaco de absorbedor detrás da antena). A implementación é a mesma que se comentou anteriormente para o método de dominio de tempo, excepto que tamén xiramos a antena transmisora ​​360 ° e realizamos unha retención máxima. En lugar de intentar iluminar todas as paredes ao mesmo tempo, este esquema faino unha á vez. Este método pode producir resultados lixeiramente diferentes de TENTAR a difusión a todas as paredes ao mesmo tempo. Pódese argumentar que é unha mellor métrica do rendemento dun sitio, xa que é probable que un EUT real teña un feixe estreito en lugar de parecer unha antena feita específicamente. Ademais de evitar a situación desordenada debido aos patróns da antena, podemos precisar onde se produce unha imperfección nunha cámara ou nun OATS. A localización pódese identificar a partir do ángulo de rotación e do tempo necesario para viaxar o sinal (así a distancia ata onde se produce a reflexión).


Conclusión

Os beneficios do método de dominio temporal son numerosos. Evita a trampa do problema de sub-mostraxe discutido anteriormente. O método non depende de mover fisicamente as antenas a algúns lugares discretos, e o SVSWR do dominio temporal representa o verdadeiro valor do sitio. Ademais, no método CISPR, para normalizar a influencia debida á lonxitude do percorrido, débese coñecer a distancia exacta entre as antenas. Calquera incerteza debida á distancia tradúcese en incertezas do SVSWR (tendo en conta os pequenos incrementos necesarios, é aínda máis desafiante). No dominio do tempo, non hai incertezas de normalización da distancia. Ademais, quizais a característica máis atractiva para un usuario final é que o dominio de tempo SVSWR leva moito menos tempo. O tempo de proba redúcese case seis veces (ver a ecuación 1).

Unha cámara totalmente anecoica presenta un tratamento absorbente nas catro paredes, chan e teito da cámara. As medicións de reflexión do dominio do tempo (TDR) non só poden proporcionar unha avaliación precisa dun sitio de proba como este, senón que tamén poden proporcionar información adicional, como por exemplo, de onde proveñen os maiores contribuíntes ás desviacións dun sitio ideal.

Pódese tentar argumentar que no método CISPR, porque as antenas se moven, os puntos de reflexión móvense nas paredes da cámara e están cubertas máis áreas das imperfeccións. Trátase dun arenque vermello. O propósito de mover a antena de recepción é variar só as relacións de fase. A distancia total variada é de 40 cm. Tradúcese nunha cobertura de 20 cm (7.9 ") na parede debido ás traducións de xeometría (se a ruta de transmisión é paralela á parede da cámara). Para que a teoría funcione, de feito necesitamos asumir que as propiedades de reflexión dos absorbentes son uniformes ao longo dos 20 cm. Para cubrir máis áreas, cómpre mover as antenas moito máis drasticamente, como se fai no CISPR 16-1-4 (os lugares dianteiro, central, esquerdo e dereito). favicón

Deixar unha mensaxe 

Lista de mensaxes