כישורי אתר בדיקת EMC: יחס גל עומד מתח האתר לעומת רפלקטומטריית זמן

מבחינה קונספטואלית, שיטת SVSWR היא די פשוטה ומובנת בקלות. כמו בכל מדידת VSWR המטרה היא למדוד את הערכים המקסימליים והמינימליים של גל עומד כפי שמודגם באיור 1. היחס בין ערכים אלה הוא ה- VSWR. היישום הנפוץ ביותר של מדידת VSWR הוא בהערכת קווי העברה. אם יש חוסר התאמה של עכבה בקצה קו העברה בין העכבות של קו ההולכה והעומס (למשל), יהיה מצב גבול המביא לגל משתקף. הגל המשתקף, במיקומים שונים בקו ההולכה, יקיים אינטראקציה קונסטרוקטיבית או הרסנית עם הגל הרציף מהמקור. המבנה המתקבל (שילוב גל ישיר ומשתקף) הוא גל עומד. דוגמה פשוטה לכך נמצאת בבדיקת הכוח שנערכה הנדרשת למכשירים ב- CISPR 14-1. בבדיקה זו מתמר (מהדק חשמל) מועבר לאורך כבל חשמל מורחב של המוצר במטרה למדוד את המתח המרבי על כבל החשמל בטווח התדרים המעניין. אותו אירוע מתממש באתר מבחן לא מושלם. קו השידור הוא הנתיב מהציוד הנבדק לאנטנה המקבלת. גלים מוחזרים נוצרים מאובייקטים אחרים בסביבת הבדיקה. חפצים אלה יכולים לנוע בין קירות תאיים לבניינים ומכוניות (באתרי בדיקה בשטח פתוח). בדיוק כמו במקרה של קו תמסורת, נוצר גל עומד. המבחן שהוגדר עבור בדיקת VSWR או SVSWR באתר מוצג באיור 2.

הממדים הפיזיים של הגל העומד הם גורם קריטי במדידה מדויקת של גל עומד. המטרה, שוב, היא למצוא את הערך המקסימלי והמינימלי. בדיקת SVSWR ב- CISPR 16-1-4 מציעה למדוד את הגל העומד באתר הבדיקה על ידי הזזת אנטנה משדרת לאורך קו ישר בתא ומדידת המתח המתקבל עם אנטנת הפליטה במקום הרגיל המשמש לבדיקת המוצר. בדיוק כמו במבחן הספק שנערך או במדידת VSWR דומה, יש צורך בתנועה רציפה של המתמר, או במקרה של SVSWR האנטנה המשדרת, כדי להבטיח את תפיסת המקסימום והמינימום של הגל העומד. זה יכול להיעשות בכל תדר, אך רק בהוצאות ובזמן ניכרים. כתוצאה מכך, קבוצת העבודה של CISPR החליטה להתפשר ולמדוד רק שש עמדות פיזיות לכל אחד מהמיקומים הנפחיים (ראה איור 3). האפשרות היחידה היחידה להפחתת זמן הבדיקה הייתה להפחית את רזולוציית התדרים של המדידה (למשל למדוד פחות תדרים אך בכל תדר למדוד יותר מיקומים). הבעיה עם אפשרות זו היא כי עצמים רבים המשקפים יכולים להיות בעלי מאפיינים ספקטרליים צרים. במילים אחרות, חומרים מסוימים יכולים להשתקף באופן משמעותי לטווח תדרים צר. כתוצאה מכך, קבוצת העבודה החליטה להחיל גודל צעד מקסימלי של 50 מגה-הרץ למבחן וכתוצאה מכך לפחות 340 תדרים בין 1-18 ג'יגה הרץ אך עם שישה עמדות בלבד כמוצג באיור 3.

איור 3: מיקומי ומיקומי מדידה של SVSWR
הדגימה של גל עומד במספר מיקומים נפרד בלבד עשויה לספק דיוק מספיק בכדי לחשב SVSWR משוער בהתאם לגודל המדרגות. עם זאת, פשרה נוספת הייתה לקבל את אותם מיקומים שנקבעו לכל תדר, כך שהבדיקה תחסוך זמן על ידי הזזת האנטנה ותדר גורף. המיקומים שנבחרו הם 0, +2, +10, +18, +30, +40 ס"מ. נסה לדמיין גל שלט על גבי סרגל ועליו שישה סימנים. עכשיו דמיין לדחוס את גל הסימנים לאורכי גל קצרים וקצרים יותר. איור 4 מדגים ניסוי מחשבה זה. יהיו תדרים שבהם המיקומים הנבחרים לעולם לא יתקרבו למקסימום או למינימום האמיתי של גל השלטים. זו פשרה שתביא להטיה של תאימות, למשל תוצאה שהיא תמיד נמוכה יותר מה- SVSWR האמיתי. הטיה זו היא מונח שגיאה ואין לבלבל אותה עם תרומת אי וודאות במדידה.

איור 4: מיקומי מדידת SVSWR לעומת אורך הגל
כמה גדול מונח השגיאה? אם נחשוב על הדוגמה המוצגת באיור 4 ברור שאורך הגל הוא 2 ס"מ. זה יהיה גל שלט של 15 ג'יגה הרץ. בתדר זה לא יהיה גל עומד מדוד מכיוון שאורך הגל הוא 2 ס"מ והמיקומים האחרים הם אפילו מכפילים של 2 (10, 18, 30 ו -40 ס"מ)! כמובן שאותה בעיה מתרחשת ב- 7.5 ג'יגה הרץ. כמעט בכל תדר הדגימה מביאה למדידת לא המקסימום ולא המינימום.

מעבדה חייבת למדוד ארבעה מיקומים כפי שמוצג באיור 3 בשני קוטבים ולפחות שני גבהים בהתאם ל- CISPR 16-1-4. טווח המדידה הוא 1-18 ג'יגה הרץ. עד לאחרונה, האנטנות היחידות שעמדו בדרישות התבניות היו זמינות בדגמי 1-6 ג'יגה הרץ ו-6-18 ג'יגה הרץ. התוצאה היא שזמן הבדיקה מוצג במשוואה 1:

איפה: tx = זמן לביצוע פונקציה x, ny = מספר הפעמים שיש לבצע את פעילות Y.


משוואה 1: הערכת זמן הבדיקה עבור SVSWR
התוצאה של שילוב זה של מיקומים, מיקומים, קוטביות, גבהים ואנטנות מביאה למבחן די ארוך. הפעם מייצג עלות הזדמנות למעבדה.
עלות ההזדמנות היא ההכנסות שאחרת היו יכולות להתממש במקום לערוך את המבחן הארוך הזה. כדוגמה, זמן בדיקה אופייני למבחן זה הוא לפחות שלוש משמרות מבחן. אם מעבדה הייתה גובה 2,000 דולר ארה"ב עבור משמרת, בדיקה זו מייצגת עלות הזדמנות שנתית, בהנחה שהאתר נבדק מדי שנה כמומלץ, של לפחות 6,000 - 12,000 דולר. זה לא כולל את העלויות הראשוניות של האנטנות המיוחדות ($ 14,000 דולר).


אי-וודאות מיקום
כל מדידה בשיטת SVSWR מחייבת מיקום של האנטנה המשדרת למיקומים שצוינו (0, 2, 10, 18, 30, 40 ס"מ). מכיוון שהחישובים מתוקנים למרחק, הדירות וההעתקה של המיקום משפיעים ישירות על חוסר הוודאות במדידה. נשאלת השאלה, עד כמה מיקום האנטנות ניתן לחזור ולשחזור במרווחים קטנים כמו 2 ס"מ? מחקר Gage שנערך לאחרונה ב- UL הוכיח כי תרומה זו היא כ -2.5 מ"מ או כ -15% מאורך הגל של 18 ג'יגה הרץ. גודלו של תורם זה יהיה תלוי בתדר ובמשרעת הגל העומד (לא ידוע).

גורם שני הקשור למיקום הוא זווית לעומת דפוס האנטנה. דרישות דפוס האנטנה ב- CISPR 16-4-1 הן שונות בערך +/- 2 או 3 dB במישור H ואפילו רחבות יותר במישור E. אם תבחר שתי אנטנות בעלות תבניות שונות אך שתיהן עומדות בדרישות התבניות, תוכל לקבל תוצאות שונות מאוד. בנוסף לשונות זו של אנטנה לאנטנה (בעיית שחזור), לאנטנות המשמשות להעברה אין דפוסים סימטריים לחלוטין (למשל, דפוסים משתנים עם תוספות קטנות בזווית) כפי שמוצג בתקן. כתוצאה מכך, כל שינוי ביישור של האנטנה המשדרת לאנטנה הקולטת גורם למתח שקיבל שונה (בעיית הדירות). איור 5 ממחיש את שינויי התבנית בפועל של אנטנת SVSWR עם תוספות קטנות בזווית. מאפייני תבנית אמיתיים אלה גורמים לשונות מיקום זוויתית משמעותית.


איור 5: תבנית אנטנה SVSWR
השינויים ברווח האנטנה כפונקציה של סיבובי זווית קטנים יחסית גורמים לשינוי של 1 dB בדוגמה המוצגת.שיטת זמן תחום להשגת SVSWR

שיטת SVSWR ב- CISPR 16-1-4 מבוססת על העברת אנטנות במרחב כדי לשנות את יחסי הפאזה בין הגל הישיר לגלים המשתקפים מפגמים בתא. כפי שנדון קודם לכן, כאשר הגלים מוסיפים באופן קונסטרוקטיבי, ישנה תגובת שיא (Emax) בין שתי האנטנות וכאשר הגלים מוסיפים בצורה הרסנית, יש תגובה מינימלית (Emin). השידור יכול לבוא לידי ביטוי כ

כאשר E הוא חוזק השדה שהתקבל.

ED הוא אות הנתיב הישיר, N הוא המספר הכולל של השתקפויות מהאתר (זה יכול לכלול השתקפויות בודדות או מרובות מקירות החדר או פגמים באתר פתוח). ER (i) הוא האות המשתקף Ith. כדי להקל על הגזירה, נניח שיש רק אות מוחזר אחד (זה לא יאבד את הכלליות). האתר VSWR (או גודל האדווה היחסי) של האתר יכול להתבטא כ-

על ידי פתרון משוואה 3, אנו מקבלים את היחס בין האות המשתקף לאות הישיר
כפי שניתן לראות ממשוואה 4, שני המונחים, כלומר יחס האות המשתקף ישיר (Erelative) והאתר VSWR (S) מתארים את אותה כמות פיזית - מדד לרמת ההשתקפויות באתר. על ידי מדידת האתר VSWR (כפי שקורה ב- CISPR 16-1-4), אנו יכולים לקבוע כמה גדולים הגלים המשתקפים יחסית לגל הישיר. במצב אידיאלי אין השתקפויות, וכתוצאה מכך Erelative = 0 ו- S = 1.

כפי שנדון קודם לכן, כדי לזהות את היחס בין האות המוחזר לאות הישיר, בשיטת VSWR באתר ב- CISPR 16-1-4, אנו משנים את מרחק ההפרדה כך שניתן לשנות את יחסי הפאזה בין הנתיב הישיר לאותות המשתקפים. בהמשך, אנו מפיקים את ה- SVSWR מתגובות סקלריות אלה. מתברר שאנחנו יכולים לרכוש את אותו SVSWR באמצעות מדידות וקטוריות (מתח ושלב) ללא צורך בהזזה פיזית של האנטנות. ניתן לעשות זאת בעזרת מנתח רשת וקטורי מודרני (VNA) ושינוי תחום זמן. שימו לב כי משוואות 2 עד 4 מתקיימות בתחום התדרים או בתחום הזמן. בתחום הזמן, לעומת זאת, אנו יכולים להבחין בין האותות המשתקפים לבין האות הישיר מכיוון שנקודת הזמן בה הם מגיעים לאנטנה המקבלת שונה. ניתן לראות בכך דופק שנשלח מהאנטנה המשדרת. בתחום הזמן, הגל הישיר יגיע לאנטנה המקבלת, והגל המשתקף יגיע מאוחר יותר. על ידי יישום שער זמן (פילטר זמן), ניתן להפריד בין השפעת האות הישיר לבין המשתקפים.

המדידות בפועל מבוצעות בתחום תדרים עם VNA. התוצאות הופכות לתחום זמן באמצעות טרנספורמציית פורייה הפוכה. בתחום הזמן, מגדילי זמן מוחלים לניתוח האותות הישירים והמשתקפים. איור 6 מראה דוגמה לתגובת תחום הזמן בין שתי אנטנות (באמצעות טרנספורמציית פורייה הפוכה ממדידות תחום תדרים). איור 7 מציג את אותה תגובת זמן תחום עם האות הישיר מגודר. נתוני תחום הזמן (לאחר הניתוח) מומרים לבסוף לתחום תדרים באמצעות טרנספורמציית פורייה. לדוגמא, כאשר הנתונים באיור 7 הופכים חזרה לתחום תדרים, הם מייצגים ER לעומת תדר. בסופו של דבר, אנו מקבלים את ה- Erelative זהה לשיטת המשתנה המרחבית של CISPR, אך על ידי מעבר בדרך אחרת. למרות שהטרנספורמציה הפורית ההפוכה (או טרנספורמציית הפורייה שלאחר מכן) נשמעת כמו משימה מרתיעה, היא למעשה פונקציה מובנית ב- VNA מודרני. זה לא לוקח יותר מלחיצה על כמה כפתורים.

איור 6: תגובת תחום זמן (מהפיכת פורייה הפוכה של נתוני ה- VNA) בין שתי אנטנות בעלות ראייה. סמן 1 מציג את האות הישיר המתרחש 10 ns x (3 x 108 m / s) = 3 מ 'מהאנטנה המשדרת.

איור 7: תגובת תחום זמן עם האות הישיר מגודר - משאיר רק אותות הגעה מאוחרים (משתקפים).
השלבים הבאים: שיפור שיטת SVSWR בתחום הדומיין זמןקבענו כי SVSWR על ידי תנועה מרחבית ו- SVSWR לפי תחום זמן מייצרים נתונים מקבילים. מדידות אמפיריות יכולות לאמת נקודה זו. השאלות שעדיין מתעכבות הן: האם מדובר בנתונים המייצגים ביותר עבור ציוד הנבדק (EUT), ואיזה אי וודאות אנו יכולים להשיג עקב בחירות אנטנות? בהתייחס למשוואה 2, כל ההשתקפויות משתנות על ידי דפוס האנטנה לפני שתסוכם. לשם פשטות, הבה נבחן תא מבחן שבו השתקפויות מרובות זניחות. לאחר מכן יש לנו שבעה מונחים בנתיב השידור, כלומר האות הישיר, והשתקפויות מארבעה קירות, התקרה והרצפה. ב- CISPR 16-1-4, ישנן דרישות מאוד ספציפיות לתבנית האנטנה המשדרת. מסיבות מעשיות, דרישות אלה אינן מגבילות כלל. לדוגמא, נניח שהשתקפות הקיר האחורי היא הפגם הדומיננטי, והיחס הקדמי לאחורי של האנטנה הוא 6 dB (במפרט CISPR 16). עבור אתר עם SVSWR מדוד = 2 (6 dB) המשתמש באנטנה איזוטרופית מושלמת, ER / ED הוא 1/3. אם אנו משתמשים באנטנה ביחס קדמי לאחורי של 6 dB, ה- SVSWR הנמדד הופך להיותהאנטנה ביחס קדמי לאחורי של 6 dB מזלזלת ב- SVSWR ביומן 20 * (2.0 / 1.4) = 2.9 dB. הדוגמא לעיל היא ללא ספק פשוטה מדי. כאשר בוחנים את כל ההשתקפויות האחרות של החדר ואת כל הווריאציות של דפוסי האנטנה, אי הוודאות הפוטנציאלית גדולה עוד יותר. בקיטוב האחר (במישור האלקטרוני) לא ניתן לקבל אנטנה איזוטרופית פיזית. זהו אתגר גדול עוד יותר להגדיר דפוס אנטנות קפדני, שכל האנטנות הפיזיות האמיתיות חייבות לעמוד בו.

ניתן לפתור את הרעיון הקשור לריאציות תבניות על ידי סיבוב האנטנה המשדרת. בתכנית זו איננו זקוקים לאנטנה עם קרן רחבה - אנטנת מוליכים כפולה מוכרת המופעלת בדרך כלל בתחום תדרים זה תעבוד מצוין. עדיין עדיף שיהיה יחס גדול מלפנים ומאחור (שניתן לשפר בקלות על ידי הצבת פיסת בולם קטנה מאחורי האנטנה). היישום זהה לדיון קודם לשיטת תחום הזמן, אלא שאנחנו גם מסובבים את האנטנה המשדרת ב -360 מעלות ומבצעים אחיזה מקסימאלית. במקום לנסות להאיר את כל הקירות בו זמנית, תכנית זו עושה זאת בזה אחר זה. שיטה זו עשויה להניב תוצאות השונות במקצת מ- ניסיון לשדר לכל הקירות בו זמנית. ניתן לטעון כי מדובר במדד טוב יותר לביצועי האתר, מכיוון של- EUT אמיתי יש קרן צרה ולא להיראות כמו אנטנה שתוכננה במיוחד. בנוסף להימנעות ממצב מבולגן עקב דפוסי האנטנה, אנו יכולים לאתר היכן מתרחשת פגם בחדר או ב OATS. ניתן לזהות את המיקום מזווית הסיבוב, והזמן הדרוש להעברת האות (ובכך המרחק למקום בו ההשתקפות מתרחשת).


סיכום

היתרונות של שיטת תחום הזמן הם רבים. זה נמנע ממלכודת נושא הדגימה שעליה נדון קודם. השיטה אינה תלויה בהעברה פיזית של האנטנות לכמה מיקומים נפרדים, ו- SVSWR מתחום הזמן מייצג את הערך האמיתי של האתר. כמו כן, בשיטת CISPR, כדי לנרמל את ההשפעה עקב אורך השביל, יש לדעת את המרחק המדויק בין האנטנות. אי וודאות עקב המרחק מתורגמת לאי וודאויות של SVSWR (בהתחשב בתוספות הקטנות הדרושות, זה מאתגר עוד יותר). בתחום הזמן, אין אי וודאות נורמליזציה מרחוק. בנוסף, אולי התכונה האטרקטיבית ביותר עבור משתמש קצה היא שתחום זמן SVSWR לוקח הרבה פחות זמן. זמן הבדיקה מצטמצם כמעט פי שישה (ראה משוואה 1).

תא אנכואי לחלוטין כולל טיפול בולם על כל ארבעת הקירות, הרצפה והתקרה של החדר. מדידות רפלקטיביות של זמן תחום (TDR) לא רק יכולות לספק הערכה מדויקת של אתר בדיקה כזה, אלא יכולות לספק מידע נוסף כמו מאיפה מגיעים התורמים הגדולים ביותר לסטיות מאתר אידיאלי.

אפשר להתפתות לטעון כי בשיטת CISPR, מכיוון שהאנטנות מועברות, נקודות ההשתקפות עוברות על קירות החדר, ואזורים נוספים של הפגמים מכוסים. זו הרינג אדום. מטרת הזזת האנטנה המקבלת היא לשנות את יחסי הפאזה בלבד. המרחק הכולל המגוון הוא 40 ס"מ. זה מתורגם לכיסוי של 20 ס"מ (7.9 ") על הקיר עקב תרגומי גיאומטריה (אם נתיב ההולכה מקביל לדופן החדר). כדי שהתיאוריה תצליח, אנו צריכים להניח שתכונות ההשתקפות של הבולמים אחידות לאורך כל 20 הס"מ. כדי לכסות אזורים נוספים, יש להזיז את האנטנות בצורה דרסטית הרבה יותר, כפי שנעשה ב- CISPR 16-1-4 (המיקום הקדמי, המרכזי, השמאלי והימני). favicon

השאר הודעה 

רשימת הודעות