EMC Test Sahası Nitelikleri: Saha Gerilimi Daimi Dalga Oranı ve Zaman Alanı Reflektometrisi

Kavramsal olarak, SVSWR yöntemi oldukça basittir ve kolayca anlaşılır. Herhangi bir VSWR ölçümünde olduğu gibi amaç, Şekil 1'de gösterildiği gibi duran bir dalganın maksimum ve minimum değerlerini ölçmektir. Bu değerlerin oranı VSWR'dir. VSWR ölçümünün en yaygın uygulaması, iletim hatlarının değerlendirilmesidir. İletim hattının empedansları ile yük arasında bir iletim hattının sonunda bir empedans uyuşmazlığı varsa (örneğin), yansıyan bir dalgayla sonuçlanan bir sınır koşulu olacaktır. Yansıyan dalga, iletim hattının çeşitli yerlerinde, kaynaktan gelen sürekli dalga ile yapıcı veya yıkıcı bir şekilde etkileşime girecektir. Ortaya çıkan yapı (doğrudan ve yansıyan dalga kombinasyonu) duran bir dalgadır. Bunun basit bir örneği, CISPR 14-1'deki cihazlar için gerekli olan yürütülen güç testinde bulunur. Bu testte, ilgili frekans aralığında güç kablosundaki maksimum voltajı ölçmek için bir güç çevirici (güç kelepçesi) ürünün uzatılmış bir güç kablosu boyunca hareket ettirilir. Aynı olay, kusurlu bir test alanında da gerçekleşir. İletim hattı, test edilen ekipmandan alıcı antene giden yoldur. Yansıyan dalgalar, test ortamındaki diğer nesnelerden oluşturulur. Bu nesneler oda duvarlarından binalara ve arabalara (açık alan test alanlarında) kadar değişebilir. Tıpkı bir iletim hattında olduğu gibi, duran bir dalga yaratılır. Site VSWR veya SVSWR testi için test kurulumu Şekil 2'de gösterilmektedir.

Duran dalganın fiziksel boyutları, duran bir dalganın doğru bir şekilde ölçülmesinde kritik bir faktördür. Amaç yine maksimum ve minimum değeri bulmaktır. CISPR 16-1-4'teki SVSWR testi, bir verici anteni haznedeki düz bir çizgi boyunca hareket ettirerek ve ürün testi için kullanılan normal konumda emisyon anteniyle alınan voltajı ölçerek bir test sahasındaki duran dalgayı ölçmeyi önerir. Yürütülen bir güç testinde veya benzer VSWR ölçümünde olduğu gibi, durağan dalganın maksimum ve minimumlarının yakalanmasını sağlamak için transdüserin sürekli bir hareketi veya SVSWR durumunda verici antene ihtiyaç vardır. Bu, her frekansta ancak önemli bir masraf ve zamanda yapılabilir. Sonuç olarak, CISPR çalışma grubu, hacimsel konumların her biri için yalnızca altı fiziksel konumu ödün vermeye ve ölçmeye karar verdi (bkz.Şekil 3). Test süresini kısaltmak için diğer tek seçenek, ölçümün frekans çözünürlüğünü azaltmaktı (örneğin, daha az frekans ölçmek, ancak her frekansta daha fazla pozisyon ölçmek). Bu seçenekteki sorun, yansıyan birçok nesnenin dar spektral özelliklere sahip olabilmesidir. Başka bir deyişle, bazı malzemeler dar bir frekans aralığı için önemli ölçüde yansıtıcı olabilir. Sonuç olarak, çalışma grubu, teste maksimum 50 MHz adım boyutu uygulamaya karar verdi ve sonuçta 340-1 GHz arasında minimum 18 frekans elde edildi, ancak Şekil 3'te gösterildiği gibi yalnızca altı konumla sonuçlandı.

Şekil 3: SVSWR Ölçüm Konumları ve Konumları
Durağan bir dalganın yalnızca farklı sayıda pozisyonda örneklenmesi, adımların boyutuna bağlı olarak yaklaşık bir SVSWR'yi hesaplamak için makul bir şekilde yeterli doğruluğu sağlayabilir. Bununla birlikte, başka bir uzlaşma, her frekans için aynı önceden belirlenmiş konumlara sahip olmaktı, böylece test, anteni ve süpürme frekansını hareket ettirerek zaman kazandıracaktı. Seçilen pozisyonlar 0, +2, +10, +18, +30, +40 cm'dir. Üzerinde altı işaret bulunan bir cetvelin üzerine yerleştirilmiş bir işaret dalgası hayal etmeye çalışın. Şimdi işaret dalgasını daha kısa ve daha kısa dalga boylarına sıkıştırdığınızı hayal edin. Şekil 4, bu düşünce deneyini göstermektedir. Seçilen konumların işaret dalgasının gerçek maksimum veya minimumlarına asla yaklaşmayacağı frekanslar olacaktır. Bu, bir uyum yanlılığı ile sonuçlanacak bir uzlaşmadır, örneğin her zaman gerçek SVSWR'den daha düşük bir sonuç. Bu sapma bir hata terimidir ve ölçüm belirsizliği katkısı ile karıştırılmamalıdır.

Şekil 4: SVSWR Ölçüm Konumları ve Dalgaboyu Karşılaştırması
Hata terimi ne kadar büyük? Şekil 4'te gösterilen örneği düşünürsek, dalgaboyunun 2 santimetre olduğu açıktır. Bu 15 GHz'lik bir işaret dalgası olurdu. Bu frekansta, dalgaboyu 2 cm olduğundan ve diğer konumlar 2'nin katları olduğundan (10, 18, 30 ve 40 cm) ölçülen bir duran dalga olmazdı! Elbette aynı sorun 7.5 GHz'de ortaya çıkıyor. Neredeyse her frekansta örnekleme, ne maksimum ne de minimum ölçümle sonuçlanır.

Bir laboratuvar, CISPR 3-16-1'e göre Şekil 4'te gösterildiği gibi iki polaritede ve en az iki yükseklikte dört konumu ölçmelidir. Ölçüm aralığı 1-18 GHz'dir. Yakın zamana kadar, kalıp gereksinimlerini karşılayan tek antenler 1-6 GHz ve 6-18 GHz modellerinde mevcuttu. Sonuç, test süresinin Denklem 1'de gösterilmesidir:

Burada: tx = x işlevini gerçekleştirme süresi, ny = Y etkinliğinin gerçekleştirilmesi gereken zaman sayısı.


Denklem 1: SVSWR için test süresini tahmin edin
Konumların, konumların, kutupların, yüksekliğin ve antenlerin bu kombinasyonunun sonucu, oldukça uzun bir testle sonuçlanır. Bu süre, laboratuar için bir fırsat maliyetini temsil eder.
Fırsat maliyeti, aksi takdirde bu uzun testi yürütmek yerine elde edilebilecek olan gelirdir. Örnek olarak, bu test için tipik bir test süresi en az üç test vardiyasıdır. Bir laboratuar bir vardiya için 2,000 ABD Doları ücret alacaksa, bu test, sitenin önerildiği şekilde yıllık olarak kontrol edildiği varsayılarak, en az 6,000-12,000 ABD Doları tutarında bir yıllık fırsat maliyetini temsil eder. Bu, özel antenlerin başlangıç ​​maliyetlerini (14,000 USD) içermez.


Konum Belirsizliği
SVSWR yönteminin her ölçümü, verici antenin belirtilen konumlara (0, 2, 10, 18, 30, 40 cm) konumlandırılmasını gerektirir. Hesaplamalar mesafe için düzeltildiğinden, konumlandırmanın tekrarlanabilirliği ve tekrarlanabilirliği ölçüm belirsizliğini doğrudan etkiler. O zaman soru, antenlerin 2 cm kadar küçük artışlarla konumlandırılmasının ne kadar tekrarlanabilir ve tekrarlanabilir olmasıdır? UL'de yapılan yeni bir ölçüm çalışması, bu katkının yaklaşık 2.5 mm veya 15 GHz dalga boyunun yaklaşık% 18'i olduğunu göstermiştir. Bu katkının büyüklüğü, duran dalganın (bilinmeyen) frekansına ve genliğine bağlı olacaktır.

Konumlandırma ile ilgili ikinci bir faktör, anten modeline karşı açıdır. CISPR 16-4-1'deki anten modeli gereksinimleri, H-düzleminde kabaca +/- 2 veya 3 dB değişkenliğe sahiptir ve hatta E-düzleminde daha geniştir. Farklı desenlere sahip iki anten seçerseniz, ancak her ikisi de desen gereksinimlerini karşılarsa, çok farklı sonuçlar elde edebilirsiniz. Bu antenden antene değişkenliğine (bir yeniden üretilebilirlik sorunu) ek olarak, iletim için kullanılan antenler, standartta gösterildiği gibi mükemmel simetrik modellere (örneğin, açıda küçük artışlarla değişir) sahip değildir. Sonuç olarak, verici antenin alıcı antenle hizalanmasındaki herhangi bir değişiklik, değişen bir alınan voltajla sonuçlanır (bir tekrarlanabilirlik sorunu). Şekil 5, açıda küçük artışlarla bir SVSWR anteninin gerçek desen değişikliklerini göstermektedir. Bu gerçek model özellikleri, önemli açısal konumlandırma değişkenliği ile sonuçlanır.


Şekil 5: SVSWR Anten Modeli
Nispeten küçük açısal dönüşlerin bir fonksiyonu olarak anten kazancındaki değişiklikler, gösterilen örnekte 1 dB'ye kadar değişkenliğe neden olur.SVSWR'yi Elde Etmek İçin Zaman Etki Alanı Yöntemi

CISPR 16-1-4'teki SVSWR yöntemi, doğrudan dalga ile odacık kusurlarından yansıyan dalgalar arasındaki faz ilişkisini değiştirmek için uzaysal olarak hareket eden antenlere dayanır. Daha önce tartışıldığı gibi, dalgalar yapıcı bir şekilde eklendiğinde, iki anten arasında bir tepe tepkisi (Emax) vardır ve dalgalar yıkıcı bir şekilde eklendiğinde, minimum bir tepki vardır (Emin). İletim şu şekilde ifade edilebilir:

burada E alınan alan gücüdür.

ED doğrudan yol sinyalidir, N, siteden gelen toplam yansıma sayısıdır (bu, bölme duvarlarından veya açık alan saha kusurlarından tekli veya çoklu yansımaları içerebilir). ER (i) I'inci yansıyan sinyaldir. Türetme kolaylığı için, yalnızca bir yansıyan sinyal olduğunu varsayalım (bu, genelliği kaybetmeyecektir). Sitenin VSWR sitesi (veya göreceli dalgalanma boyutu) şu şekilde ifade edilebilir:

Denklem 3'ü çözerek, yansıyan sinyalin doğrudan sinyale oranını elde ederiz.
Denklem 4'ten görülebileceği gibi, iki terim, yani yansıyan doğrudan sinyale oranı (Erelatif) ve site VSWR (S) aynı fiziksel miktarı tanımlar - sahadaki yansıma seviyesinin bir ölçüsü. VSWR bölgesini ölçerek (CISPR 16-1-4'te olduğu gibi), yansıyan dalgaların doğrudan dalgaya göre ne kadar büyük olduğunu belirleyebiliriz. İdeal bir durumda hiçbir yansıma yoktur, bu da Erelatif = 0 ve S = 1 ile sonuçlanır.

Daha önce tartışıldığı gibi, yansıyan ve doğrudan sinyal arasındaki oranı tespit etmek için, CISPR 16-1-4'teki site VSWR yönteminde, ayırma mesafesini değiştiririz, böylece doğrudan yol ile yansıyan sinyaller arasındaki faz ilişkisi değiştirilebilir. Daha sonra, SVSWR'yi bu skaler yanıtlardan türetiyoruz. Antenleri fiziksel olarak hareket ettirmeye gerek kalmadan vektör (voltaj ve faz) ölçümlerini kullanarak aynı SVSWR'yi elde edebileceğimiz ortaya çıktı. Bu, modern bir vektör ağ analizörü (VNA) ve zaman alanı dönüşümlerinin yardımıyla yapılabilir. Denklem 2 ila 4'ün frekans alanında veya zaman alanında doğru olduğuna dikkat edin. Bununla birlikte, zaman alanında, yansıyan sinyalleri doğrudan sinyalden ayırt edebiliriz çünkü alıcı antenine ulaştıkları zamandaki nokta farklıdır. Bu, verici anteninden gönderilen bir darbe olarak görülebilir. Zaman alanında, doğrudan dalga önce alıcı antenine varacak ve yansıyan dalga daha sonra gelecektir. Zaman geçidi (bir zaman filtresi) uygulayarak, doğrudan sinyalin etkisi yansıtılanlardan ayrılabilir.

Gerçek ölçümler, bir VNA ile frekans alanında gerçekleştirilir. Sonuçlar daha sonra ters Fourier dönüşümü kullanılarak zaman alanına dönüştürülür. Zaman alanında, doğrudan ve yansıyan sinyalleri ayrıştırmak için zaman geçidi uygulanır. Şekil 6, iki anten arasındaki zaman alanı yanıtının bir örneğini göstermektedir (frekans alanı ölçümlerinden ters Fourier dönüşümü kullanılarak). Şekil 7, doğrudan sinyal kapılı olarak aynı zaman alanı yanıtını göstermektedir. Zaman alanı verileri (ayrıştırmadan sonra) nihayet Fourier dönüşümü kullanılarak frekans alanına geri dönüştürülür. Örneğin, Şekil 7'deki veriler tekrar frekans alanına dönüştürüldüğünde, frekansa karşı ER'yi temsil eder. Sonunda, CISPR uzamsal değişken yöntemiyle aynı Erelative'i elde ediyoruz, ancak farklı bir yoldan geçerek. Ters Fourier dönüşümü (veya sonraki Fourier dönüşümü) göz korkutucu bir görev gibi görünse de, aslında modern bir VNA'da yerleşik bir işlevdir. Birkaç düğmeye basmaktan fazlasını gerektirmez.

Şekil 6: İki delikli görüşlü anten arasındaki zaman alanı yanıtı (VNA verilerinin ters Fourier Dönüşümünden). İşaretçi 1, verici anteninden 10 ns x (3 x 108 m / s) = 3 m'de oluşan doğrudan sinyali gösterir.

Şekil 7: Doğrudan sinyal çıkış kapısı ile zaman alanı yanıtı - yalnızca geç varış (yansıyan) sinyalleri bırakarak.
Sonraki Adımlar: Zaman Alanı SVSWR Yöntemini Daha Fazla İyileştirmeUzamsal hareketle SVSWR ve zaman alanına göre SVSWR'nin eşdeğer veriler ürettiğini tespit ettik. Ampirik ölçümler bu noktayı doğrulayabilir. Hala oyalanmakta olan sorular şunlardır: Bu, Test Edilen Ekipman (EUT) için en temsili veri olup olmadığı ve anten seçimlerinden dolayı hangi belirsizliklere ulaşabiliriz? Denklem 2'ye istinaden, tüm yansımalar toplanmadan önce anten modeli tarafından değiştirilir. Basit olması için, çoklu yansımaların ihmal edilebilir olduğu bir test odası düşünelim. Daha sonra iletim yolunda yedi terimimiz var, yani doğrudan sinyal ve dört duvardan, tavandan ve zeminden gelen yansımalar. CISPR 16-1-4'te, verici anten modeliyle ilgili çok özel gereksinimler vardır. Pratik nedenlerden dolayı, bu gereksinimler hiçbir şekilde kısıtlayıcı değildir. Örneğin, arka duvar yansımasının baskın kusur olduğunu ve antenin önden arkaya oranının 6 dB olduğunu (CISPR 16 spesifikasyonu dahilinde) varsayın. Mükemmel bir izotropik anten kullanılarak ölçülen SVSWR = 2 (6 dB) olan bir saha için ER / ED 1 / 3'tür. Önden arkaya oranı 6 dB olan bir anten kullanırsak ölçülen SVSWR,Önden arkaya oranı 6 dB olan anten, SVSWR'yi 20 * log (2.0 / 1.4) = 2.9 dB ile olduğundan daha düşük tahmin ediyor. Yukarıdaki örnek açıkça aşırı basitleştirilmiştir. Odanın diğer tüm yansımaları ve anten modellerinin tüm varyasyonları dikkate alındığında, potansiyel belirsizlik daha da büyüktür. Diğer polarizasyonda (E-düzleminde), fiziksel bir izotropik antene sahip olmak mümkün değildir. Tüm gerçek fiziksel antenlerin karşılaması gereken katı bir anten modelini tanımlamak daha da büyük bir zorluktur.

Model varyasyonlarıyla ilgili ikilem, verici anten döndürülerek çözülebilir. Bu şemada, geniş huzmeli bir antene ihtiyacımız yok - bu frekans aralığında yaygın olarak kullanılan tanıdık bir çift çıkıntılı dalga kılavuzu anteni iyi çalışacaktır. Yine de büyük bir ön-arka orana sahip olmak tercih edilmektedir (bu, antenin arkasına küçük bir emici parçası yerleştirilerek kolaylıkla geliştirilebilir). Uygulama, zaman etki alanı yöntemi için daha önce tartışılanla aynıdır, tek fark, verici anteni 360 ° döndürmemiz ve maksimum tutmayı gerçekleştirmemizdir. Tüm duvarları aynı anda aydınlatmaya çalışmak yerine, bu şema bunu teker teker yapar. Bu yöntem, aynı anda tüm duvarlara yayın yapmaya ÇALIŞMADAN biraz farklı sonuçlar verebilir. Gerçek bir EUT'nin özel olarak hazırlanmış bir anten gibi görünmek yerine dar bir ışına sahip olması muhtemel olduğundan, bunun bir saha performansının daha iyi bir ölçütü olduğu tartışılabilir. Anten modellerinden kaynaklanan karmaşık durumdan kaçınmanın yanı sıra, bir bölmede veya OATS'de nerede bir kusur oluştuğunu belirleyebiliriz. Konum, dönüş açısından ve sinyalin hareket etmesi için gereken zamandan (dolayısıyla yansımanın meydana geldiği mesafeden) belirlenebilir.


Sonuç

Zaman alanı yönteminin faydaları çoktur. Daha önce tartışılan yetersiz örnekleme sorununun tuzağını ortadan kaldırır. Yöntem, antenlerin fiziksel olarak birkaç ayrı konuma taşınmasına bağlı değildir ve zaman alanından gelen SVSWR, sitenin gerçek değerini temsil eder. Ayrıca CISPR yönteminde, yol uzunluğundan kaynaklanan etkiyi normalleştirmek için antenler arasındaki kesin mesafenin bilinmesi gerekir. Mesafeden kaynaklanan herhangi bir belirsizlik, SVSWR'nin belirsizliklerine dönüşür (gerekli küçük artışlar dikkate alındığında, bu daha da zordur). Zaman alanında, mesafe normalleştirme belirsizlikleri yoktur. Ek olarak, bir son kullanıcı için belki de en çekici özellik, SVSWR'nin çok daha az zaman almasıdır. Test süresi neredeyse altı kat azaltılır (bkz. Denklem 1).

Tamamen yankısız bir oda, odanın dört duvarında, tabanında ve tavanında emici işlem görür. Zaman Alanı Yansıtma (TDR) ölçümleri sadece bunun gibi bir test sahasının doğru bir değerlendirmesini sağlamakla kalmaz, aynı zamanda ideal bir bölgeden sapmalara en çok katkıda bulunanların nereden geldiği gibi ek bilgiler de sağlayabilir.

CISPR yönteminde antenler hareket ettiğinden, yansıma noktalarının oda duvarlarında hareket ettiğini ve kusurların daha fazla alanının kaplandığını iddia etmek cazip gelebilir. Bu kırmızı ringa balığı. Alıcı antenini hareket ettirmenin amacı yalnızca faz ilişkilerini değiştirmektir. Toplam mesafe 40 cm'dir. Geometri ötelemeleri nedeniyle duvarda 20 cm (7.9 inç) kapsama anlamına gelir (iletim yolu hazne duvarına paralelse). Teorinin işe yaraması için, aslında soğurucuların yansıtma özelliklerinin tüm 20 cm boyunca tekdüze olduğunu varsaymamız gerekiyor. Daha fazla alanı kapsamak için, CISPR 16-1-4'te (ön, merkez, sol ve sağ konumlar) yapıldığı gibi, antenleri çok daha sert bir şekilde hareket ettirmek gerekir. site simgesi

Mesaj bırakın 

İleti listesi