Kualifikasi Situs Uji EMC: Rasio Gelombang Berdiri Tegangan Situs versus Reflektometri Domain Waktu

Secara konseptual, metode SVSWR cukup lugas dan mudah dipahami. Seperti halnya pengukuran VSWR, tujuannya adalah untuk mengukur nilai maksimum dan minimum dari gelombang berdiri seperti yang diilustrasikan pada Gambar 1. Rasio nilai-nilai ini adalah VSWR. Penerapan paling umum dari pengukuran VSWR adalah dalam mengevaluasi jalur transmisi. Jika terdapat ketidaksesuaian impedansi pada ujung saluran transmisi antara impedansi saluran transmisi dan beban (misalnya), maka akan terjadi kondisi batas yang menghasilkan gelombang pantul. Gelombang yang dipantulkan, di berbagai lokasi pada jalur transmisi, berinteraksi secara konstruktif atau destruktif dengan gelombang kontinu dari sumbernya. Konstruksi yang dihasilkan (kombinasi gelombang langsung dan pantulan) adalah gelombang berdiri. Contoh sederhananya ditemukan dalam uji daya terkonduksi yang disyaratkan untuk peranti dalam CISPR 14-1. Dalam pengujian ini, transduser (penjepit daya) digerakkan di sepanjang kabel daya produk yang diperpanjang dalam upaya mengukur tegangan maksimum pada kabel daya di atas rentang frekuensi yang diinginkan. Peristiwa yang sama direalisasikan di situs uji yang tidak sempurna. Saluran transmisi adalah jalur dari peralatan yang diuji ke antena penerima. Gelombang yang dipantulkan dibuat dari objek lain di lingkungan pengujian. Benda-benda tersebut dapat berkisar dari dinding ruang hingga bangunan dan mobil (di lokasi pengujian area terbuka). Seperti halnya saluran transmisi, gelombang berdiri dibuat. Tes yang disiapkan untuk tes VSWR atau SVSWR situs ditunjukkan pada Gambar 2.

Dimensi fisik gelombang berdiri merupakan faktor penting dalam mengukur gelombang berdiri secara akurat. Sekali lagi, tujuannya adalah menemukan nilai maksimum dan minimum. Tes SVSWR di CISPR 16-1-4 mengusulkan untuk mengukur gelombang berdiri di lokasi pengujian dengan menggerakkan antena pemancar sepanjang garis lurus di dalam ruang dan mengukur tegangan yang diterima dengan antena emisi di lokasi normal yang digunakan untuk pengujian produk. Sama seperti dalam uji daya yang dilakukan atau pengukuran VSWR serupa, gerakan transduser yang berkelanjutan, atau dalam kasus SVSWR, antena pemancar, diperlukan untuk memastikan penangkapan gelombang maksimum dan minimum dari gelombang berdiri. Ini dapat dilakukan pada setiap frekuensi tetapi hanya dengan biaya dan waktu yang cukup besar. Akibatnya, kelompok kerja CISPR memutuskan untuk berkompromi dan mengukur hanya enam posisi fisik untuk masing-masing lokasi volumetrik (lihat Gambar 3). Satu-satunya pilihan lain untuk mengurangi waktu pengujian adalah dengan mengurangi resolusi frekuensi pengukuran (misalnya mengukur frekuensi lebih sedikit tetapi pada setiap frekuensi mengukur lebih banyak posisi). Masalah dengan opsi itu adalah banyak objek yang memantulkan dapat memiliki karakteristik spektral yang sempit. Dengan kata lain, beberapa material dapat memantulkan cahaya secara signifikan untuk rentang frekuensi yang sempit. Akibatnya, kelompok kerja memutuskan untuk menerapkan ukuran langkah maksimum 50 MHz untuk pengujian yang menghasilkan frekuensi minimum 340 dari 1-18 GHz tetapi dengan hanya enam posisi seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.

Gambar 3: Lokasi dan Posisi Pengukuran SVSWR
Pengambilan sampel gelombang berdiri hanya pada sejumlah posisi yang berbeda dapat memberikan akurasi yang cukup untuk menghitung perkiraan SVSWR tergantung pada ukuran langkah-langkahnya. Namun, kompromi lainnya adalah memiliki posisi yang ditentukan sama untuk setiap frekuensi sehingga pengujian akan menghemat waktu dengan menggerakkan antena dan frekuensi sapuan. Posisi yang dipilih adalah 0, +2, +10, +18, +30, +40 cm. Coba bayangkan gelombang tanda ditumpangkan pada penggaris dengan enam tanda di atasnya. Sekarang bayangkan memampatkan gelombang tanda menjadi panjang gelombang yang lebih pendek dan lebih pendek. Gambar 4 mengilustrasikan eksperimen pemikiran ini. Akan ada frekuensi di mana lokasi yang dipilih tidak akan pernah mendekati maksimum atau minimum sebenarnya dari gelombang tanda. Ini adalah kompromi yang akan mengakibatkan bias kepatuhan, misalnya hasil yang selalu lebih rendah dari SVSWR yang sebenarnya. Bias ini adalah istilah kesalahan dan tidak boleh disamakan dengan kontribusi ketidakpastian pengukuran.

Gambar 4: Lokasi Pengukuran SVSWR vs. Panjang Gelombang
Seberapa besar istilah kesalahannya? Jika kita memikirkan contoh yang diilustrasikan pada Gambar 4, jelas panjang gelombangnya adalah 2 sentimeter. Itu akan menjadi gelombang tanda 15 GHz. Pada frekuensi tersebut tidak ada gelombang berdiri yang diukur karena panjang gelombangnya 2 cm dan lokasi lainnya genap kelipatan 2 (10, 18, 30 dan 40 cm)! Tentu saja, masalah yang sama terjadi pada 7.5 GHz. Pada hampir setiap frekuensi, pengambilan sampel tidak menghasilkan pengukuran maksimum maupun minimum.

Laboratorium harus mengukur empat lokasi seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3 dalam dua polaritas dan setidaknya dua ketinggian sesuai dengan CISPR 16-1-4. Rentang pengukuran 1-18 GHz. Hingga saat ini, satu-satunya antena yang tersedia yang memenuhi persyaratan pola tersedia dalam model 1-6 GHz dan 6-18 GHz. Konsekuensinya adalah waktu tes ditunjukkan pada Persamaan 1:

Dimana: tx = waktu menjalankan fungsi x, ny = berapa kali aktivitas Y harus dilakukan.


Persamaan 1: Perkiraan waktu tes untuk SVSWR
Hasil dari kombinasi posisi, lokasi, polaritas, ketinggian dan antena ini menghasilkan pengujian yang agak panjang. Kali ini merupakan biaya peluang ke laboratorium.
Biaya peluang adalah pendapatan yang seharusnya dapat direalisasikan sebagai pengganti melakukan pengujian yang panjang ini. Sebagai contoh, waktu pengujian tipikal untuk pengujian ini setidaknya tiga shift pengujian. Jika lab mengenakan biaya $ 2,000 USD untuk satu shift, tes ini mewakili biaya peluang tahunan, dengan asumsi situs tersebut diperiksa setiap tahun seperti yang direkomendasikan, setidaknya $ 6,000- $ 12,000 USD. Ini tidak termasuk biaya awal antena khusus ($ 14,000 USD).


Ketidakpastian Posisi
Setiap pengukuran metode SVSWR membutuhkan posisi antena pemancar ke posisi yang ditentukan (0, 2, 10, 18, 30, 40 cm). Karena penghitungan dikoreksi untuk jarak, pengulangan dan reproduktifitas dari pemosisian secara langsung berdampak pada ketidakpastian pengukuran. Pertanyaannya kemudian menjadi, seberapa dapat diulang dan direproduksi penempatan antena dalam peningkatan sekecil 2 cm? Sebuah studi pengukur baru-baru ini yang dilakukan di UL telah menunjukkan kontribusi ini menjadi sekitar 2.5 mm atau sekitar 15% dari panjang gelombang 18 GHz. Besarnya kontributor ini akan bergantung pada frekuensi dan amplitudo gelombang berdiri (tidak diketahui).

Faktor kedua yang terkait dengan pemosisian adalah sudut versus pola antena. Persyaratan pola antena pada CISPR 16-4-1 memiliki variabilitas kira-kira +/- 2 atau 3 dB pada bidang-H dan bahkan lebih luas pada bidang-E. Jika Anda memilih dua antena dengan pola berbeda tetapi keduanya memenuhi persyaratan pola, Anda dapat memperoleh hasil yang sangat berbeda. Selain variabilitas antena ke antena ini (masalah reproduktifitas), antena yang digunakan untuk memancarkan tidak memiliki pola simetris yang sempurna (misalnya, pola bervariasi dengan kenaikan sudut yang kecil) seperti yang ditunjukkan pada standar. Akibatnya, setiap perubahan dalam kesejajaran antena pemancar ke antena penerima mengakibatkan tegangan yang diterima berubah (masalah pengulangan). Gambar 5 mengilustrasikan perubahan pola sebenarnya dari antena SVSWR dengan sedikit penambahan pada sudutnya. Karakteristik pola yang benar ini menghasilkan variabilitas posisi sudut yang signifikan.


Gambar 5: Pola Antena SVSWR
Perubahan penguatan antena sebagai fungsi dari rotasi sudut yang relatif kecil menyebabkan variabilitas sebanyak 1 dB dalam contoh yang ditunjukkan.Metode Domain Waktu untuk Mendapatkan SVSWR

Metode SVSWR di CISPR 16-1-4 didasarkan pada antena yang bergerak secara spasial untuk memvariasikan hubungan fase antara gelombang langsung dan gelombang pantulan dari ketidaksempurnaan ruang. Seperti yang telah dibahas sebelumnya, ketika gelombang menambahkan secara konstruktif, ada respon puncak (Emax) antara dua antena dan ketika gelombang bertambah secara destruktif, ada respon minimum (Emin). Transmisi dapat dinyatakan sebagai

dimana E adalah kekuatan medan yang diterima.

ED adalah sinyal jalur langsung, N adalah jumlah total refleksi dari situs (ini dapat mencakup refleksi tunggal atau ganda dari dinding ruang atau ketidaksempurnaan situs area terbuka). ER (i) adalah sinyal pantulan ke-I. Untuk memudahkan penurunan, mari kita asumsikan hanya ada satu sinyal yang dipantulkan (ini tidak akan kehilangan keumumannya). Situs VSWR (atau ukuran riak relatif) dari situs dapat dinyatakan sebagai

Dengan menyelesaikan Persamaan 3, kami memperoleh rasio sinyal yang dipantulkan ke sinyal langsung
Seperti dapat dilihat dari Persamaan 4, dua istilah, yaitu rasio sinyal pantul terhadap sinyal langsung (Erelatif) dan situs VSWR (S) menggambarkan besaran fisik yang sama - ukuran tingkat refleksi di situs. Dengan mengukur situs VSWR (seperti yang terjadi di CISPR 16-1-4), kita dapat menentukan seberapa besar gelombang yang dipantulkan relatif terhadap gelombang langsung. Dalam situasi ideal tidak ada refleksi, menghasilkan Erelatif = 0, dan S = 1.

Seperti yang telah dibahas sebelumnya, untuk mendeteksi rasio antara sinyal pantul dan sinyal langsung, pada metode site VSWR di CISPR 16-1-4, kami mengubah jarak separasi agar hubungan fasa antara jalur langsung dan sinyal pantulan dapat divariasikan. Selanjutnya, kami memperoleh SVSWR dari respons skalar ini. Ternyata kita dapat memperoleh SVSWR yang sama menggunakan pengukuran vektor (tegangan dan fase) tanpa perlu memindahkan antena secara fisik. Ini dapat dilakukan dengan bantuan penganalisis jaringan vektor modern (VNA) dan transformasi domain waktu. Perhatikan bahwa Persamaan 2 sampai 4 berlaku baik di domain frekuensi atau domain waktu. Namun, dalam domain waktu, kita dapat membedakan sinyal yang dipantulkan dari sinyal langsung karena titik waktu kedatangannya ke antena penerima berbeda. Ini dapat dilihat sebagai pulsa yang dikirim dari antena pemancar. Dalam domain waktu, gelombang langsung akan sampai di antena penerima terlebih dahulu, dan gelombang yang dipantulkan akan tiba kemudian. Dengan menerapkan time gating (filter waktu), pengaruh sinyal langsung dapat dipisahkan dari sinyal pantulan.

Pengukuran aktual dilakukan dalam domain frekuensi dengan VNA. Hasilnya kemudian ditransformasikan ke domain waktu menggunakan transformasi Fourier terbalik. Dalam domain waktu, gerbang waktu diterapkan untuk mengurai sinyal langsung dan sinyal pantulan. Gambar 6 menunjukkan contoh respon domain waktu antara dua antena (dengan menggunakan transformasi Fourier terbalik dari pengukuran domain frekuensi). Gambar 7 menunjukkan respon domain waktu yang sama dengan gerbang sinyal langsung keluar. Data domain waktu (setelah parsing) akhirnya diubah kembali ke domain frekuensi menggunakan transformasi Fourier. Misalnya, ketika data pada Gambar 7 diubah kembali ke domain frekuensi, ini merepresentasikan ER versus frekuensi. Pada akhirnya, kita mendapatkan Erelatif yang sama dengan metode variasi spasial CISPR, tetapi melalui rute yang berbeda. Meskipun transformasi Fourier terbalik (atau transformasi Fourier berikutnya) terdengar seperti tugas yang menakutkan, sebenarnya ini adalah fungsi bawaan dalam VNA modern. Tidak lebih dari menekan beberapa tombol.

Gambar 6: Respons domain waktu (dari Transformasi Fourier terbalik dari data VNA) antara dua antena berpandangan lubang. Marker 1 menunjukkan sinyal langsung yang terjadi pada 10 ns x (3 x 108 m / s) = 3 m dari antena pemancar.

Gambar 7: Respons domain waktu dengan sinyal langsung tertutup - hanya menyisakan sinyal kedatangan yang terlambat (dipantulkan).
Langkah Berikutnya: Meningkatkan Metode SVSWR Domain Waktu Lebih LanjutKami telah menetapkan bahwa SVSWR oleh gerakan spasial dan SVSWR berdasarkan domain waktu menghasilkan data yang setara. Pengukuran empiris dapat memvalidasi hal ini. Pertanyaan yang masih tersisa adalah: apakah ini merupakan data yang paling representatif untuk Equipment Under Test (EUT), dan ketidakpastian apa yang dapat kita capai karena pemilihan antena? Mengacu pada Persamaan 2, semua refleksi dimodifikasi oleh pola antena sebelum dijumlahkan. Untuk kesederhanaan, mari kita pertimbangkan ruang uji di mana multi-refleksi dapat diabaikan. Kami kemudian memiliki tujuh istilah dalam jalur transmisi, yaitu sinyal langsung, dan pantulan dari empat dinding, langit-langit dan lantai. Di CISPR 16-1-4, ada persyaratan yang sangat spesifik tentang pola antena pemancar. Untuk alasan praktis, persyaratan ini sama sekali tidak membatasi. Misalnya, anggap pantulan dinding belakang adalah ketidaksempurnaan yang dominan, dan rasio antena depan ke belakang adalah 6 dB (dalam spesifikasi CISPR 16). Untuk situs dengan SVSWR terukur = 2 (6 dB) menggunakan antena isotropik sempurna, ER / ED adalah 1/3. Jika kita menggunakan antena dengan rasio depan-ke-belakang 6 dB, SVSWR yang diukur menjadiAntena dengan rasio depan-ke-belakang 6 dB meremehkan SVSWR sebesar 20 * log (2.0 / 1.4) = 2.9 dB. Contoh di atas jelas terlalu disederhanakan. Saat mempertimbangkan semua pantulan ruangan lainnya, dan semua variasi pola antena, ketidakpastian potensial bahkan lebih besar. Dalam polarisasi lain (dalam bidang-E), tidak mungkin memiliki antena isotropik fisik. Ini merupakan tantangan yang lebih besar untuk menentukan pola antena yang ketat, yang harus dipenuhi oleh semua antena fisik yang sebenarnya.

Masalah yang terkait dengan variasi pola dapat diatasi dengan memutar antena pemancar. Dalam skema ini, kita tidak memerlukan antena dengan pancaran lebar - antena pandu gelombang bergerigi ganda yang biasa digunakan dalam rentang frekuensi ini akan berfungsi dengan baik. Masih lebih disukai untuk memiliki rasio depan ke belakang yang besar (yang dapat dengan mudah ditingkatkan dengan menempatkan sepotong kecil penyerap di belakang antena). Implementasinya sama seperti yang dibahas sebelumnya untuk metode domain waktu, kecuali bahwa kami juga memutar antena pemancar sebesar 360 ° dan melakukan penahanan maksimum. Alih-alih mencoba menerangi semua dinding pada saat yang sama, skema ini melakukannya satu per satu. Metode ini dapat memberikan hasil yang sedikit berbeda dari MENCOBA untuk disiarkan ke semua dinding pada waktu yang bersamaan. Dapat dikatakan bahwa ini adalah metrik yang lebih baik dari kinerja situs, karena EUT nyata cenderung memiliki berkas yang sempit daripada tampak seperti antena yang dibuat secara khusus. Selain untuk menghindari situasi yang berantakan karena pola antena, kami dapat menentukan di mana ketidaksempurnaan terjadi pada sebuah chamber atau OATS. Lokasi dapat diidentifikasi dari sudut rotasi, dan waktu yang dibutuhkan sinyal untuk bergerak (dengan demikian jarak ke tempat terjadinya pantulan).


Kesimpulan

Manfaat metode domain waktu sangat banyak. Ini menghindari jebakan dari masalah under-sampling yang dibahas sebelumnya. Metode ini tidak bergantung pada pemindahan antena secara fisik ke beberapa lokasi terpisah, dan SVSWR dari domain waktu mewakili nilai sebenarnya dari situs tersebut. Selain itu, dalam metode CISPR, untuk menormalkan pengaruh karena panjang jalur, jarak yang tepat antara antena harus diketahui. Setiap ketidakpastian karena jarak diterjemahkan ke dalam ketidakpastian SVSWR (mengingat peningkatan kecil yang diperlukan, ini bahkan lebih menantang). Dalam domain waktu, tidak ada ketidakpastian normalisasi jarak. Selain itu, mungkin fitur yang paling menarik bagi pengguna akhir adalah bahwa SVSWR domain waktu jauh lebih sedikit memakan waktu. Waktu tes berkurang hampir enam kali lipat (lihat Persamaan 1).

Ruang yang sepenuhnya anechoic memiliki fitur perawatan absorber di keempat dinding, lantai, dan langit-langit ruangan. Pengukuran Time Domain Reflectivity (TDR) tidak hanya dapat memberikan penilaian akurat dari situs pengujian seperti ini, tetapi juga dapat memberikan informasi tambahan seperti dari mana kontributor terbesar untuk penyimpangan dari situs ideal berasal.

Orang mungkin tergoda untuk berargumen bahwa dalam metode CISPR, karena antena dipindahkan, titik refleksi bergerak di dinding ruang, dan lebih banyak area ketidaksempurnaan yang tercakup. Ini adalah ikan haring merah. Tujuan dari memindahkan antena penerima adalah untuk memvariasikan hubungan fasa saja. Jarak total yang divariasikan adalah 40 cm. Ini berarti cakupan 20 cm (7.9 ”) di dinding karena terjemahan geometri (jika jalur transmisi sejajar dengan dinding ruang). Agar teori dapat bekerja, kita sebenarnya perlu mengasumsikan sifat refleksi dari penyerap seragam sepanjang 20 cm. Untuk mencakup lebih banyak area, antena perlu dipindahkan jauh lebih drastis, seperti yang dilakukan di CISPR 16-1-4 (lokasi depan, tengah, kiri dan kanan). favicon

Tinggalkan pesan 

Daftar pesan