Kelayakan Tapak Uji EMC: Nisbah Gelombang Berdiri Voltan Tapak berbanding Reflektometri Domain Masa

Secara konsepnya, kaedah SVSWR cukup mudah dan senang difahami. Seperti mana-mana pengukuran VSWR objektifnya adalah untuk mengukur nilai maksimum dan minimum gelombang tegak seperti yang digambarkan dalam Rajah 1. Nisbah nilai-nilai ini adalah VSWR. Aplikasi pengukuran VSWR yang paling biasa adalah dalam menilai saluran penghantaran. Sekiranya terdapat ketidakcocokan impedansi di hujung talian penghantaran antara impedansi saluran penghantaran dan beban (misalnya), akan ada keadaan batas yang menghasilkan gelombang yang dipantulkan. Gelombang yang dipantulkan akan, di berbagai lokasi di saluran penghantaran, berinteraksi secara konstruktif atau merosakkan dengan gelombang berterusan dari sumbernya. Konstruk yang dihasilkan (gabungan gelombang langsung dan pantulan) adalah gelombang berdiri. Contoh ringkas ini terdapat dalam ujian daya yang dijalankan yang diperlukan untuk peralatan di CISPR 14-1. Dalam ujian ini transduser (power clamp) digerakkan di sepanjang kabel kuasa produk yang diperluas dalam usaha untuk mengukur voltan maksimum pada kabel kuasa di atas rentang frekuensi minat. Kejadian yang sama berlaku di laman ujian yang tidak sempurna. Saluran penghantaran adalah jalan dari peralatan yang diuji ke antena penerima. Gelombang pantulan dicipta dari objek lain di persekitaran ujian. Objek-objek tersebut dapat berkisar dari dinding ruang hingga bangunan dan mobil (di tempat ujian kawasan terbuka). Sama seperti dalam talian penghantaran, gelombang berdiri diciptakan. Ujian yang disediakan untuk ujian VSWR atau SVSWR laman web ditunjukkan dalam Rajah 2.

Dimensi fizikal gelombang berdiri adalah faktor penting dalam mengukur gelombang berdiri dengan tepat. Objektifnya sekali lagi adalah untuk mencari nilai maksimum dan minimum. Ujian SVSWR di CISPR 16-1-4 mengusulkan untuk mengukur gelombang berdiri di tapak ujian dengan menggerakkan antena pemancar di sepanjang garis lurus di ruang dan mengukur voltan yang diterima dengan antena pelepasan di lokasi normal yang digunakan untuk ujian produk. Sama seperti dalam ujian daya yang dilakukan atau pengukuran VSWR yang serupa, pergerakan berterusan transduser, atau dalam kes SVSWR antena pemancar, diperlukan untuk memastikan penangkapan maksimum dan minima gelombang berdiri. Ini dapat dilakukan pada setiap frekuensi tetapi hanya dengan perbelanjaan dan waktu yang besar. Akibatnya, kumpulan kerja CISPR memutuskan untuk berkompromi dan mengukur hanya enam kedudukan fizikal untuk setiap lokasi volumetrik (lihat Gambar 3). Satu-satunya pilihan lain untuk mengurangkan masa ujian adalah mengurangkan resolusi frekuensi pengukuran (contohnya mengukur frekuensi lebih sedikit tetapi pada setiap frekuensi mengukur lebih banyak kedudukan). Masalah dengan pilihan itu adalah bahawa banyak objek yang memantulkan boleh mempunyai ciri spektrum sempit. Dengan kata lain, sebilangan bahan dapat mencerminkan secara signifikan untuk julat frekuensi yang sempit. Akibatnya, kelompok kerja memutuskan untuk menerapkan ukuran langkah maksimum 50 MHz untuk pengujian yang menghasilkan minimum 340 frekuensi dari 1-18 GHz tetapi dengan hanya enam posisi seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.

Gambar 3: Lokasi dan Kedudukan Pengukuran SVSWR
Pensampelan gelombang berdiri hanya pada jumlah kedudukan yang diskrit dapat memberikan ketepatan yang mencukupi untuk mengira perkiraan SVSWR bergantung pada ukuran langkah. Walau bagaimanapun, kompromi lain adalah mempunyai kedudukan yang sama untuk setiap frekuensi sehingga ujian dapat menjimatkan masa dengan menggerakkan antena dan frekuensi menyapu. Kedudukan yang dipilih ialah 0, +2, +10, +18, +30, +40 cm. Cuba bayangkan gelombang tanda diletak pada pembaris dengan enam tanda di atasnya. Sekarang bayangkan memampatkan gelombang isyarat menjadi panjang gelombang yang lebih pendek dan pendek. Rajah 4 menggambarkan eksperimen pemikiran ini. Akan ada frekuensi di mana lokasi yang dipilih tidak akan pernah mendekati maksima atau minima gelombang isyarat yang sebenarnya. Ini adalah kompromi yang akan menghasilkan bias kepatuhan, misalnya hasil yang selalu lebih rendah daripada SVSWR yang sebenarnya. Bias ini adalah istilah kesalahan dan tidak boleh dikelirukan dengan sumbangan ketidakpastian pengukuran.

Gambar 4: Lokasi Pengukuran SVSWR vs Panjang Gelombang
Seberapa besar istilah kesalahan? Sekiranya kita memikirkan contoh yang digambarkan dalam Rajah 4 sudah jelas panjang gelombang adalah 2 sentimeter. Itu akan menjadi gelombang isyarat 15 GHz. Pada frekuensi itu, tidak akan ada gelombang berdiri yang diukur kerana panjang gelombang adalah 2 cm dan lokasi lain bahkan gandaan 2 (10, 18, 30 dan 40 cm)! Sudah tentu, masalah yang sama berlaku pada 7.5 GHz. Pada hampir setiap frekuensi, persampelan menghasilkan pengukuran baik maksimum maupun minimum.

Makmal mesti mengukur empat lokasi seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 3 dalam dua kutub dan sekurang-kurangnya dua ketinggian sesuai dengan CISPR 16-1-4. Julat pengukuran adalah 1-18 GHz. Sehingga baru-baru ini, satu-satunya antena yang tersedia yang memenuhi keperluan corak tersedia dalam model 1-6 GHz dan 6-18 GHz. Akibatnya ialah masa ujian ditunjukkan dalam Persamaan 1:

Di mana: tx = masa untuk melakukan fungsi x, ny = berapa kali aktiviti Y mesti dilakukan.


Persamaan 1: Anggarkan masa ujian untuk SVSWR
Hasil gabungan kedudukan, lokasi, kutub, ketinggian dan antena menghasilkan ujian yang agak panjang. Kali ini mewakili kos peluang ke makmal.
Kos peluang adalah pendapatan yang sebaliknya dapat direalisasikan sebagai ganti melakukan ujian yang panjang ini. Sebagai contoh, masa ujian khas untuk ujian ini adalah sekurang-kurangnya tiga peralihan ujian. Sekiranya makmal mengenakan bayaran $ 2,000 USD untuk peralihan, ujian ini mewakili kos peluang tahunan, dengan syarat laman web ini diperiksa setiap tahun seperti yang disyorkan, sekurang-kurangnya $ 6,000- $ 12,000 USD. Ini tidak termasuk kos awal antena khas ($ 14,000 USD).


Ketidakpastian Kedudukan
Setiap pengukuran kaedah SVSWR memerlukan penentuan antena pemancar ke posisi yang ditentukan (0, 2, 10, 18, 30, 40 cm). Oleh kerana pengiraan dibetulkan untuk jarak, kebolehulangan dan kebolehulangan kedudukan dapat mempengaruhi ketidakpastian pengukuran. Persoalannya kemudian menjadi, bagaimana berulang dan dapat diulang-ulang adalah kedudukan antena bertahap sekecil 2 cm? Kajian pengukur baru-baru ini yang dilakukan di UL menunjukkan sumbangan ini kira-kira 2.5 mm atau sekitar 15% dari panjang gelombang 18 GHz. Besarnya penyumbang ini akan bergantung pada frekuensi dan amplitud gelombang berdiri (tidak diketahui).

Faktor kedua yang berkaitan dengan kedudukan adalah sudut berbanding corak antena. Keperluan corak antena dalam CISPR 16-4-1 mempunyai kebolehubahan kira-kira +/- 2 atau 3 dB dalam satah H dan bahkan lebih luas pada E-satah. Sekiranya anda memilih dua antena dengan corak yang berbeza tetapi kedua-duanya memenuhi syarat corak, anda boleh memperoleh hasil yang sangat berbeza. Sebagai tambahan kepada kebolehubahan antena ke antena ini (masalah kebolehulangan), antena yang digunakan untuk menghantar tidak mempunyai corak simetri yang sempurna (contohnya corak berbeza dengan kenaikan sudut kecil) seperti yang ditunjukkan dalam standard. Akibatnya, setiap perubahan penyelarasan antena pemancar ke antena penerima mengakibatkan voltan diterima berubah (masalah kebolehulangan). Rajah 5 menggambarkan perubahan corak sebenar antena SVSWR dengan kenaikan sudut kecil. Ciri-ciri corak sebenar ini menghasilkan kebolehubahan kedudukan sudut yang ketara.


Gambar 5: Corak Antena SVSWR
Perubahan penambahan antena sebagai fungsi putaran sudut yang agak kecil menyebabkan kepelbagaian sebanyak 1 dB dalam contoh yang ditunjukkan.Kaedah Domain Masa untuk Mendapatkan SVSWR

Kaedah SVSWR dalam CISPR 16-1-4 didasarkan pada antena bergerak secara spasial untuk mengubah hubungan fasa antara gelombang langsung dan gelombang yang dipantulkan dari ketidaksempurnaan ruang. Seperti yang telah dibincangkan sebelumnya, ketika gelombang bertambah secara konstruktif, ada respon puncak (Emax) antara kedua antena dan ketika gelombang bertambah secara destruktif, ada respons minimum (Emin). Penghantaran boleh dinyatakan sebagai

di mana E adalah kekuatan medan yang diterima.

ED adalah isyarat jalan langsung, N adalah jumlah pantulan dari laman web ini (ini boleh merangkumi pantulan tunggal atau berganda dari dinding ruang atau ketidaksempurnaan kawasan kawasan terbuka). ER (i) adalah isyarat yang dipantulkan Ith. Untuk memudahkan penjanaan, mari kita anggap hanya ada satu isyarat yang dipantulkan (ini tidak akan kehilangan keseluruhannya). Laman VSWR (atau ukuran riak relatif) laman web boleh dinyatakan sebagai

Dengan menyelesaikan Persamaan 3, kita memperoleh nisbah isyarat yang dipantulkan dengan isyarat langsung
Seperti yang dapat dilihat dari Persamaan 4, dua istilah tersebut, iaitu nisbah isyarat pantulan kepada isyarat langsung (Erelatif) dan laman web VSWR (S) menerangkan kuantiti fizikal yang sama - ukuran tahap pantulan di laman web ini. Dengan mengukur laman web VSWR (seperti yang terjadi di CISPR 16-1-4), kita dapat menentukan seberapa besar gelombang yang dipantulkan relatif terhadap gelombang langsung. Dalam keadaan ideal tidak ada pantulan, menghasilkan Erelative = 0, dan S = 1.

Seperti yang telah dibahas sebelumnya, untuk mengesan nisbah antara isyarat yang dipantulkan dan langsung, dalam kaedah VSWR laman web dalam CISPR 16-1-4, kita mengubah jarak pemisahan sehingga hubungan fasa antara jalur langsung dan isyarat yang dipantulkan dapat diubah. Selepas itu, kami memperoleh SVSWR dari tindak balas skalar ini. Ternyata kita dapat memperoleh SVSWR yang sama menggunakan pengukuran vektor (voltan dan fasa) tanpa perlu menggerakkan antena secara fizikal. Ini dapat dilakukan dengan bantuan penganalisis rangkaian vektor moden (VNA) dan transformasi domain masa. Perhatikan bahawa Persamaan 2 hingga 4 berlaku dalam domain frekuensi atau domain masa. Akan tetapi, dalam domain waktu, kita dapat membezakan isyarat yang dipantulkan dari isyarat langsung kerana titik waktu ketika mereka tiba di antena penerima adalah berbeza. Ini dapat dilihat sebagai nadi yang dihantar dari antena pemancar. Dalam domain masa, gelombang langsung akan tiba di antena penerima terlebih dahulu, dan gelombang yang dipantulkan akan tiba kemudian. Dengan menggunakan gerbang masa (penapis masa), kesan isyarat langsung dapat dipisahkan dari yang dipantulkan.

Pengukuran sebenar dilakukan dalam domain frekuensi dengan VNA. Hasilnya kemudian diubah menjadi domain waktu menggunakan transformasi Fourier terbalik. Dalam domain waktu, gerbang waktu diterapkan untuk menguraikan isyarat langsung dan pantulan. Gambar 6 menunjukkan contoh tindak balas domain masa antara dua antena (dengan menggunakan transformasi Fourier terbalik dari pengukuran domain frekuensi). Rajah 7 menunjukkan tindak balas domain masa yang sama dengan isyarat langsung keluar. Data domain masa (setelah penghuraian) akhirnya ditukar kembali ke domain frekuensi menggunakan transformasi Fourier. Sebagai contoh, apabila data dalam Rajah 7 diubah kembali ke domain frekuensi, ia mewakili ER berbanding frekuensi. Pada akhirnya, kami memperoleh Erelative yang sama dengan kaedah spatial yang berbeza-beza CISPR, tetapi melalui jalan yang berbeza. Walaupun transformasi Fourier terbalik (atau transformasi Fourier berikutnya) terdengar seperti tugas yang menakutkan, ia sebenarnya merupakan fungsi terbina dalam VNA moden. Tidak lebih dari sekadar menekan beberapa butang.

Rajah 6: Respons domain masa (dari Transformasi Fourier terbalik dari data VNA) antara dua antena yang kelihatan. Penanda 1 menunjukkan isyarat langsung yang berlaku pada 10 ns x (3 x 108 m / s) = 3 m dari antena pemancar.

Gambar 7: Respons domain masa dengan isyarat langsung keluar - hanya meninggalkan isyarat ketibaan lewat (tercermin).
Langkah Seterusnya: Meningkatkan Kaedah Domain SVSWR Masa Lebih LanjutKami telah membuktikan bahawa SVSWR oleh pergerakan spatial dan SVSWR mengikut domain masa menghasilkan data yang setara. Pengukuran empirikal dapat mengesahkan titik ini. Soalan yang masih ada: adakah ini adalah data paling representatif untuk Equipment Under Test (EUT), dan ketidakpastian apa yang dapat kita capai kerana pemilihan antena? Merujuk kepada Persamaan 2, semua pantulan diubah mengikut corak antena sebelum dijumlahkan. Untuk kesederhanaan, marilah kita mempertimbangkan ruang ujian di mana pelbagai pantulan boleh diabaikan. Kami kemudian mempunyai tujuh istilah dalam jalur penghantaran, iaitu isyarat langsung, dan pantulan dari empat dinding, siling dan lantai. Dalam CISPR 16-1-4, terdapat syarat yang sangat spesifik mengenai corak antena pemancar. Atas sebab praktikal, syarat-syarat ini sama sekali tidak membatasi. Sebagai contoh, anggap pantulan dinding belakang adalah ketidaksempurnaan yang dominan, dan nisbah depan ke belakang antena adalah 6 dB (dalam spesifikasi CISPR 16). Untuk laman web dengan SVSWR = 2 (6 dB) yang diukur menggunakan antena isotropik yang sempurna, ER / ED adalah 1/3. Sekiranya kita menggunakan antena dengan nisbah depan-ke-belakang 6 dB, SVSWR yang diukur menjadiAntena dengan nisbah depan-ke-belakang 6 dB meremehkan SVSWR sebanyak 20 * log (2.0 / 1.4) = 2.9 dB. Contoh di atas jelas terlalu mudah. Semasa mempertimbangkan semua pantulan ruang lain, dan semua variasi corak antena, kemungkinan ketidakpastian lebih besar. Dalam polarisasi lain (dalam E-pesawat), tidak mungkin mempunyai antena isotropik fizikal. Ini adalah cabaran yang lebih besar lagi untuk menentukan corak antena yang ketat, yang mesti dipenuhi oleh semua antena fizikal yang sebenar.

Quandary yang berkaitan dengan variasi corak dapat diselesaikan dengan memutar antena pemancar. Dalam skema ini, kita tidak memerlukan antena dengan pancaran luas - antena pandu gelombang berirama biasa yang biasa digunakan dalam julat frekuensi ini akan berfungsi dengan baik. Masih disukai untuk mempunyai nisbah depan ke belakang yang besar (yang dapat diperbaiki dengan mudah dengan meletakkan sekeping penyerap kecil di belakang antena). Pelaksanaannya sama seperti yang dibahas sebelumnya untuk metode domain waktu, kecuali kita juga memutar antena pemancar sebesar 360 ° dan melakukan penahanan maksimum. Daripada cuba menerangi semua dinding pada masa yang sama, skema ini melakukannya satu demi satu. Kaedah ini dapat menghasilkan hasil yang sedikit berbeza dari MENYERTAI untuk disiarkan ke semua dinding pada masa yang sama. Boleh dikatakan bahawa ini adalah metrik prestasi laman web yang lebih baik, kerana EUT sebenar cenderung mempunyai rasuk yang sempit daripada kelihatan seperti antena yang dibuat khas. Selain menghindari situasi yang tidak kemas akibat corak antena, kita dapat menentukan di mana ketidaksempurnaan terjadi di ruang atau OATS. Lokasi dapat dikenal pasti dari sudut putaran, dan waktu yang diperlukan untuk isyarat bergerak (sehingga jarak ke tempat pantulan berlaku).


Kesimpulan

Manfaat kaedah domain masa adalah banyak. Ini mengelakkan masalah kekurangan persampelan yang dibincangkan sebelumnya. Kaedah ini tidak bergantung pada pemindahan antena secara fizikal ke beberapa lokasi yang berbeza, dan SVSWR dari domain masa mewakili nilai sebenar laman web ini. Juga, dalam kaedah CISPR, untuk menormalkan pengaruh kerana panjang jalan, jarak tepat antara antena mesti diketahui. Sebarang ketidakpastian kerana jaraknya diterjemahkan menjadi ketidakpastian SVSWR (memandangkan kenaikan kecil yang diperlukan, ia lebih mencabar). Dalam domain masa, tidak ada ketidakpastian normalisasi jarak. Di samping itu, mungkin ciri yang paling menarik bagi pengguna akhir ialah domain masa SVSWR lebih kurang memakan masa. Masa ujian dikurangkan hampir enam kali ganda (lihat Persamaan 1).

Ruang anechoic sepenuhnya dilengkapi dengan rawatan penyerap pada keempat-empat dinding, lantai dan siling ruang. Pengukuran Reflektifiti Domain Masa (TDR) bukan sahaja dapat memberikan penilaian yang tepat terhadap laman web ujian seperti ini, tetapi juga dapat memberikan maklumat tambahan seperti dari mana penyumbang terbesar penyimpangan dari laman web yang ideal berasal.

Seseorang mungkin tergoda untuk berpendapat bahawa dalam kaedah CISPR, kerana antena digerakkan, titik pantulan bergerak di dinding ruang, dan lebih banyak kawasan ketidaksempurnaan ditutupi. Ini adalah ikan haring merah. Tujuan memindahkan antena penerima adalah untuk mengubah hubungan fasa sahaja. Jumlah jarak berbeza adalah 40 cm. Ini menerjemahkan hingga 20 cm (7.9 ") liputan di dinding kerana terjemahan geometri (jika jalur penghantaran selari dengan dinding ruang). Agar teori dapat dilaksanakan, kita sebenarnya mesti menganggap sifat pantulan penyerap adalah seragam sepanjang 20 cm. Untuk merangkumi lebih banyak kawasan, seseorang perlu menggerakkan antena dengan lebih drastik, seperti yang dilakukan di CISPR 16-1-4 (lokasi depan, tengah, kiri dan kanan). favicon

Tinggalkan pesanan 

Senarai mesej