Các điều kiện về địa điểm kiểm tra EMC: Tỷ lệ sóng đứng điện áp của địa điểm so với phương pháp đo phản xạ miền thời gian

Về mặt khái niệm, phương pháp SVSWR khá đơn giản và dễ hiểu. Như với bất kỳ phép đo VSWR nào, mục tiêu là đo các giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của sóng dừng như được minh họa trong Hình 1. Tỷ lệ của các giá trị này là VSWR. Ứng dụng phổ biến nhất của phép đo VSWR là đánh giá đường truyền. Nếu có sự không phù hợp trở kháng ở cuối đường truyền giữa trở kháng của đường truyền và tải (ví dụ), sẽ có điều kiện biên dẫn đến sóng phản xạ. Sóng phản xạ, tại các vị trí khác nhau trên đường truyền, sẽ tương tác xây dựng hoặc triệt tiêu với sóng liên tục từ nguồn. Cấu trúc kết quả (kết hợp sóng trực tiếp và phản xạ) là một sóng dừng. Ví dụ đơn giản về điều này được tìm thấy trong thử nghiệm công suất đã thực hiện được yêu cầu đối với thiết bị trong CISPR 14-1. Trong thử nghiệm này, một bộ chuyển đổi (kẹp nguồn) được di chuyển dọc theo dây nguồn kéo dài của sản phẩm để đo điện áp tối đa trên dây nguồn trong dải tần số quan tâm. Sự kiện tương tự được thực hiện trên một trang web thử nghiệm không hoàn hảo. Đường truyền là đường dẫn từ thiết bị được đo kiểm đến anten thu. Sóng phản xạ được tạo ra từ các vật thể khác trong môi trường thử nghiệm. Những vật thể đó có thể trải dài từ các bức tường trong buồng đến các tòa nhà và ô tô (tại các địa điểm thử nghiệm khu vực mở). Cũng như trong trường hợp một đường truyền, một sóng dừng được tạo ra. Thử nghiệm được thiết lập cho thử nghiệm VSWR hoặc SVSWR tại địa điểm được thể hiện trong Hình 2.

Kích thước vật lý của sóng dừng là một yếu tố quan trọng để đo chính xác sóng dừng. Mục tiêu, một lần nữa, là tìm giá trị lớn nhất và nhỏ nhất. Thử nghiệm SVSWR trong CISPR 16-1-4 đề xuất đo sóng dừng trên vị trí thử nghiệm bằng cách di chuyển một ăng ten phát dọc theo một đường thẳng trong buồng và đo điện áp nhận được với ăng ten phát xạ ở vị trí bình thường được sử dụng để thử nghiệm sản phẩm. Cũng giống như trong thử nghiệm công suất đã tiến hành hoặc phép đo VSWR tương tự, cần có chuyển động liên tục của đầu dò, hoặc trong trường hợp SVSWR, ăng ten phát để đảm bảo thu được cực đại và cực tiểu của sóng dừng. Điều này có thể được thực hiện ở mỗi tần suất nhưng chỉ tốn kém thời gian và chi phí đáng kể. Do đó, nhóm công tác CISPR đã quyết định thỏa hiệp và chỉ đo sáu vị trí vật lý cho mỗi vị trí thể tích (xem Hình 3). Lựa chọn duy nhất khác để giảm thời gian kiểm tra là giảm độ phân giải tần số của phép đo (ví dụ: đo ít tần số hơn nhưng ở mỗi tần số đo nhiều vị trí hơn). Vấn đề với phương án đó là nhiều vật thể phản xạ có thể có đặc điểm quang phổ hẹp. Nói cách khác, một số vật liệu có thể phản xạ đáng kể đối với dải tần số hẹp. Do đó, nhóm công tác quyết định áp dụng kích thước bước tối đa 50 MHz cho phép thử dẫn đến tối thiểu là 340 tần số từ 1-18 GHz nhưng chỉ có sáu vị trí như trong Hình 3.

Hình 3: Vị trí và Vị trí đo lường SVSWR
Việc lấy mẫu sóng dừng chỉ tại một số vị trí rời rạc có thể cung cấp đủ độ chính xác để tính toán SVSWR gần đúng tùy thuộc vào kích thước của các bước. Tuy nhiên, một thỏa hiệp khác là có các vị trí quy định giống nhau cho mọi tần số để thử nghiệm sẽ tiết kiệm thời gian bằng cách di chuyển ăng-ten và tần số quét. Các vị trí được chọn là 0, +2, +10, +18, +30, +40 cm. Hãy thử tưởng tượng một làn sóng ký hiệu chồng lên một cái thước có sáu dấu trên đó. Bây giờ hãy tưởng tượng nén sóng dấu hiệu thành các bước sóng ngắn hơn và ngắn hơn. Hình 4 minh họa thí nghiệm suy nghĩ này. Sẽ có những tần số mà các vị trí đã chọn sẽ không bao giờ đến gần cực đại hoặc cực tiểu thực của sóng biển báo. Đây là một thỏa hiệp sẽ dẫn đến sai lệch tuân thủ, ví dụ: kết quả luôn thấp hơn SVSWR thực. Độ chệch này là một thuật ngữ sai số và không nên nhầm lẫn với đóng góp của độ không đảm bảo đo.

Hình 4: Vị trí đo SVSWR so với Bước sóng
Thuật ngữ lỗi lớn như thế nào? Nếu chúng ta nghĩ về ví dụ minh họa trong Hình 4 thì rõ ràng bước sóng là 2 cm. Đó sẽ là sóng ký hiệu 15 GHz. Ở tần số đó, sẽ không có sóng dừng đo được vì bước sóng là 2 cm và các vị trí khác là bội số chẵn của 2 (10, 18, 30 và 40 cm)! Tất nhiên, vấn đề tương tự cũng xảy ra ở 7.5 GHz. Hầu như ở mọi tần số, kết quả lấy mẫu không đo được giá trị lớn nhất cũng không phải là cực tiểu.

Phòng thí nghiệm phải đo bốn vị trí như trong Hình 3 ở hai cực và ít nhất hai chiều cao phù hợp với CISPR 16-1-4. Phạm vi đo là 1-18 GHz. Cho đến gần đây, các ăng-ten duy nhất đáp ứng các yêu cầu về mẫu có sẵn ở các kiểu 1-6 GHz và 6-18 GHz. Kết quả là thời gian thử nghiệm được hiển thị trong Công thức 1:

Trong đó: tx = thời gian thực hiện hàm x, ny = số lần hoạt động Y phải thực hiện.


Phương trình 1: Ước tính thời gian thử nghiệm cho SVSWR
Kết quả của sự kết hợp giữa các vị trí, địa điểm, phân cực, độ cao và ăng-ten dẫn đến một bài kiểm tra khá dài. Thời gian này thể hiện chi phí cơ hội đối với phòng thí nghiệm.
Chi phí cơ hội là doanh thu có thể đã được thực hiện thay vì thực hiện thử nghiệm kéo dài này. Ví dụ, thời gian thử nghiệm điển hình cho thử nghiệm này là ít nhất ba ca thử nghiệm. Nếu một phòng thí nghiệm tính phí $ 2,000 USD cho một ca làm việc, thì thử nghiệm này thể hiện chi phí cơ hội hàng năm, giả sử địa điểm được kiểm tra hàng năm theo khuyến nghị, ít nhất là $ 6,000- $ 12,000 USD. Điều này không bao gồm chi phí ban đầu của ăng-ten đặc biệt ($ 14,000 USD).


Định vị không chắc chắn
Mỗi phép đo của phương pháp SVSWR yêu cầu định vị ăng ten phát đến các vị trí xác định (0, 2, 10, 18, 30, 40 cm). Vì các phép tính được hiệu chỉnh theo khoảng cách, độ lặp lại và độ tái lập của định vị ảnh hưởng trực tiếp đến độ không đảm bảo đo. Sau đó, câu hỏi đặt ra là, vị trí của các ăng-ten có thể lặp lại và tái tạo được như thế nào với gia số nhỏ nhất là 2 cm? Một nghiên cứu thiết bị đo gần đây được thực hiện tại UL đã chứng minh sự đóng góp này là khoảng 2.5 mm hoặc khoảng 15% của bước sóng 18 GHz. Độ lớn của sự đóng góp này sẽ phụ thuộc vào tần số và biên độ của sóng dừng (một ẩn số).

Yếu tố thứ hai liên quan đến định vị là góc so với kiểu ăng-ten. Các yêu cầu về mẫu ăng ten trong CISPR 16-4-1 có độ biến thiên khoảng +/- 2 hoặc 3 dB trong mặt phẳng H và thậm chí rộng hơn trong mặt phẳng E. Nếu bạn chọn hai ăng-ten có các mẫu khác nhau nhưng cả hai đều đáp ứng các yêu cầu về mẫu, bạn có thể có kết quả rất khác nhau. Ngoài khả năng thay đổi của ăng-ten này đến ăng-ten (một vấn đề về khả năng tái tạo), các ăng-ten được sử dụng để phát không có các mẫu đối xứng hoàn toàn (ví dụ: các mẫu thay đổi theo các gia số nhỏ về góc) như được chỉ ra trong tiêu chuẩn. Do đó, bất kỳ sự thay đổi nào về căn chỉnh của ăng ten phát với ăng ten thu đều dẫn đến điện áp nhận được thay đổi (vấn đề về độ lặp lại). Hình 5 minh họa các thay đổi mẫu thực tế của một ăng-ten SVSWR với các gia số nhỏ về góc. Các đặc điểm mẫu thực này dẫn đến sự thay đổi định vị góc đáng kể.


Hình 5: Mẫu Antenna SVSWR
Những thay đổi trong độ lợi của ăng-ten như là một hàm của các góc quay tương đối nhỏ gây ra sự biến thiên nhiều nhất là 1 dB trong ví dụ được minh họa.Phương pháp miền thời gian để lấy SVSWR

Phương pháp SVSWR trong CISPR 16-1-4 dựa trên việc di chuyển các ăng-ten trong không gian để thay đổi mối quan hệ pha giữa sóng trực tiếp và sóng phản xạ khỏi sự không hoàn hảo của buồng. Như đã thảo luận trước đây, khi các sóng thêm vào một cách xây dựng, sẽ có một phản hồi cực đại (Emax) giữa hai ăng-ten và khi các sóng thêm vào một cách triệt tiêu, sẽ có một phản hồi tối thiểu (Emin). Sự truyền tải có thể được biểu thị bằng

trong đó E là cường độ trường nhận được.

ED là tín hiệu đường dẫn trực tiếp, N là tổng số phản xạ từ vị trí (điều này có thể bao gồm phản xạ đơn lẻ hoặc nhiều phản xạ từ các bức tường buồng hoặc các khiếm khuyết của khu vực mở). ER (i) là tín hiệu phản xạ thứ I. Để dễ dàng xác định, chúng ta hãy giả sử chỉ có một tín hiệu phản xạ (điều này sẽ không làm mất tính tổng quát). VSWR của trang web (hoặc kích thước gợn sóng tương đối) của trang web có thể được biểu thị bằng

Bằng cách giải phương trình 3, chúng ta thu được tỷ số của tín hiệu phản xạ so với tín hiệu trực tiếp
Như có thể thấy từ Phương trình 4, hai thuật ngữ, tức là tỷ lệ tín hiệu phản xạ trên trực tiếp (Tương quan) và VSWR của vị trí (S) mô tả cùng một đại lượng vật lý - thước đo mức độ phản xạ trong địa điểm. Bằng cách đo VSWR của vị trí (như trường hợp trong CISPR 16-1-4), chúng tôi có thể xác định mức độ lớn của sóng phản xạ so với sóng trực tiếp. Trong tình huống lý tưởng không có phản xạ, dẫn đến Erelative = 0 và S = 1.

Như đã thảo luận trước đây, để phát hiện tỷ lệ giữa tín hiệu phản xạ và tín hiệu trực tiếp, trong phương pháp VSWR vị trí trong CISPR 16-1-4, chúng tôi thay đổi khoảng cách phân tách để mối quan hệ pha giữa đường dẫn trực tiếp và tín hiệu phản xạ có thể thay đổi. Sau đó, chúng tôi lấy SVSWR từ các phản hồi vô hướng này. Hóa ra là chúng ta có thể có được cùng một SVSWR bằng cách sử dụng các phép đo vectơ (điện áp và pha) mà không cần phải di chuyển ăng-ten về mặt vật lý. Điều này có thể được thực hiện với sự hỗ trợ của máy phân tích mạng vectơ hiện đại (VNA) và các phép biến đổi miền thời gian. Lưu ý rằng các phương trình từ 2 đến 4 đúng trong miền tần số hoặc miền thời gian. Tuy nhiên, trong miền thời gian, chúng ta có thể phân biệt tín hiệu phản xạ với tín hiệu trực tiếp vì thời điểm mà chúng đến anten thu là khác nhau. Đây có thể được xem như một xung được gửi ra từ anten phát. Trong miền thời gian, sóng trực tiếp sẽ đến anten thu trước và sóng phản xạ sẽ đến sau. Bằng cách áp dụng định vị thời gian (một bộ lọc thời gian), ảnh hưởng của tín hiệu trực tiếp có thể được tách ra khỏi những tín hiệu phản xạ.

Các phép đo thực tế được thực hiện trong miền tần số với VNA. Các kết quả sau đó được chuyển sang miền thời gian bằng cách sử dụng phép biến đổi Fourier ngược. Trong miền thời gian, định vị thời gian được áp dụng để phân tích cú pháp các tín hiệu trực tiếp và phản xạ. Hình 6 cho thấy một ví dụ về đáp ứng miền thời gian giữa hai ăng ten (bằng cách sử dụng biến đổi Fourier ngược từ các phép đo miền tần số). Hình 7 cho thấy cùng một miền thời gian đáp ứng với tín hiệu trực tiếp được truyền ra ngoài. Dữ liệu miền thời gian (sau khi phân tích cú pháp) cuối cùng được chuyển đổi trở lại miền tần số bằng cách sử dụng biến đổi Fourier. Ví dụ, khi dữ liệu trong Hình 7 được chuyển đổi trở lại miền tần số, nó đại diện cho ER so với tần số. Cuối cùng, chúng ta có được Erelative giống như phương pháp thay đổi không gian CISPR, nhưng bằng cách đi qua một lộ trình khác. Mặc dù phép biến đổi Fourier nghịch đảo (hoặc phép biến đổi Fourier tiếp theo) nghe có vẻ là một nhiệm vụ khó khăn, nhưng nó thực sự là một chức năng được tích hợp sẵn trong một VNA hiện đại. Nó không cần nhiều hơn việc nhấn một vài nút.

Hình 6: Đáp ứng miền thời gian (từ Biến đổi Fourier ngược của dữ liệu VNA) giữa hai ăng-ten có tầm nhìn. Điểm đánh dấu 1 cho thấy tín hiệu trực tiếp xuất hiện ở 10 ns x (3 x 108 m / s) = 3 m từ ăng ten phát.

Hình 7: Đáp ứng miền thời gian với tín hiệu trực tiếp được loại bỏ - chỉ để lại các tín hiệu đến muộn (phản xạ).
Các bước tiếp theo: Cải thiện thêm Phương pháp SVSWR Miền thời gianChúng tôi đã thiết lập rằng SVSWR theo chuyển động không gian và SVSWR theo miền thời gian tạo ra dữ liệu tương đương. Các phép đo thực nghiệm có thể xác nhận điểm này. Các câu hỏi vẫn còn tồn tại là: liệu đây có phải là dữ liệu tiêu biểu nhất cho Thiết bị Đang Thử nghiệm (EUT) hay không và những độ không chắc chắn mà chúng ta có thể đạt được do lựa chọn ăng-ten? Tham khảo phương trình 2, tất cả các phản xạ được sửa đổi bởi mẫu ăng-ten trước khi được tính tổng. Để đơn giản, chúng ta hãy xem xét một buồng thử nghiệm mà đa phản xạ là không đáng kể. Sau đó, chúng ta có bảy thuật ngữ trong đường truyền, đó là tín hiệu trực tiếp và phản xạ từ bốn bức tường, trần nhà và sàn nhà. Trong CISPR 16-1-4, có các yêu cầu rất cụ thể về mẫu ăng ten phát. Vì lý do thực tế, những yêu cầu này không có nghĩa là hạn chế. Ví dụ, giả sử phản xạ của bức tường phía sau là sự không hoàn hảo chiếm ưu thế và tỷ lệ trước sau của ăng ten là 6 dB (trong tiêu chuẩn CISPR 16). Đối với một trang web có SVSWR = 2 (6 dB) được đo bằng cách sử dụng một ăng ten đẳng hướng hoàn hảo, ER / ED là 1/3. Nếu chúng tôi sử dụng một ăng-ten có tỷ lệ trước sau là 6 dB, SVSWR đo được sẽ trở thànhĂng-ten có tỷ lệ trước sau 6 dB đánh giá thấp hơn SVSWR 20 * log (2.0 / 1.4) = 2.9 dB. Ví dụ trên rõ ràng là đơn giản hóa quá mức. Khi xem xét tất cả các phản xạ khác của buồng và tất cả các biến thể của các mẫu ăng ten, độ không đảm bảo đo tiềm ẩn thậm chí còn lớn hơn. Trong phân cực khác (trong mặt phẳng E), không thể có anten đẳng hướng vật lý. Đó là một thách thức lớn hơn để xác định một mô hình ăng-ten nghiêm ngặt, mà tất cả các ăng-ten vật lý thực phải đáp ứng.

Vấn đề khó khăn liên quan đến các biến thể mẫu có thể được giải quyết bằng cách xoay ăng-ten phát. Trong sơ đồ này, chúng ta không cần một ăng-ten có chùm tia rộng - ăng-ten ống dẫn sóng hình chóp đôi quen thuộc thường được sử dụng trong dải tần này sẽ hoạt động tốt. Nó vẫn được ưu tiên là có tỷ lệ trước sau lớn (có thể dễ dàng cải thiện bằng cách đặt một miếng hấp thụ nhỏ phía sau ăng-ten). Việc triển khai cũng giống như đã thảo luận trước đó đối với phương pháp miền thời gian, ngoại trừ việc chúng tôi cũng xoay ăng ten phát 360 ° và thực hiện giữ tối đa. Thay vì cố gắng chiếu sáng tất cả các bức tường cùng một lúc, sơ đồ này thực hiện từng việc một. Phương pháp này có thể mang lại kết quả hơi khác so với ATTEMPTING để phát đến tất cả các bức tường cùng một lúc. Có thể lập luận rằng đó là một thước đo tốt hơn về hiệu suất của trang web, vì EUT thực có khả năng có một chùm tia hẹp hơn là trông giống như một ăng-ten được chế tạo đặc biệt. Ngoài việc tránh tình trạng lộn xộn do các kiểu ăng-ten, chúng ta có thể xác định vị trí không hoàn hảo xảy ra trong buồng hoặc OATS. Vị trí có thể được xác định từ góc quay và thời gian cần thiết để tín hiệu truyền đi (do đó là khoảng cách đến nơi xảy ra phản xạ).


Kết luận

Lợi ích của phương pháp miền thời gian là rất nhiều. Nó tránh được cạm bẫy của vấn đề lấy mẫu dưới mức đã được thảo luận trước đó. Phương pháp này không phụ thuộc vào việc di chuyển vật lý các ăng-ten đến một vài vị trí rời rạc và SVSWR từ miền thời gian đại diện cho giá trị thực của vị trí đó. Ngoài ra, trong phương pháp CISPR, để chuẩn hóa ảnh hưởng do độ dài đường truyền, khoảng cách chính xác giữa các ăng ten phải được biết. Bất kỳ sự không chắc chắn nào do khoảng cách đều chuyển thành sự không chắc chắn của SVSWR (xem xét các bước tăng nhỏ cần thiết, nó thậm chí còn khó khăn hơn). Trong miền thời gian, không có sự không chắc chắn về chuẩn hóa khoảng cách. Ngoài ra, có lẽ tính năng hấp dẫn nhất đối với người dùng cuối là miền thời gian SVSWR ít tốn thời gian hơn nhiều. Thời gian thử nghiệm giảm gần sáu lần (xem Phương trình 1).

Một buồng chống dội âm hoàn toàn có tính năng xử lý hấp thụ trên cả bốn bức tường, sàn và trần của buồng. Các phép đo phản xạ miền thời gian (TDR) không chỉ có thể cung cấp đánh giá chính xác về một trang web thử nghiệm như vậy, mà còn có thể cung cấp thông tin bổ sung, chẳng hạn như nơi đóng góp lớn nhất cho sự sai lệch so với một trang web lý tưởng.

Người ta có thể tranh luận rằng trong phương pháp CISPR, bởi vì các ăng-ten được di chuyển, các điểm phản xạ di chuyển trên các thành buồng và nhiều vùng không hoàn hảo hơn bị che phủ. Đây là cá trích đỏ. Mục đích của việc di chuyển ăng ten thu chỉ là để thay đổi quan hệ pha. Tổng khoảng cách thay đổi là 40 cm. Nó chuyển sang phạm vi phủ sóng 20 cm (7.9 ”) trên tường do các phép tịnh tiến hình học (nếu đường truyền song song với thành buồng). Để lý thuyết có hiệu quả, trên thực tế chúng ta cần giả sử các đặc tính phản xạ của các chất hấp thụ là đều dọc theo toàn bộ 20 cm. Để bao phủ nhiều khu vực hơn, người ta cần di chuyển các ăng-ten mạnh mẽ hơn nhiều, như được thực hiện trong CISPR 16-1-4 (vị trí phía trước, trung tâm, bên trái và bên phải). yêu thích

Để lại lời nhắn 

Danh sách tin nhắn