EMC 테스트 사이트 인증 : 사이트 전압 정재파 비율 대 시간 도메인 반사율

개념적으로 SVSWR 방법은 매우 간단하고 이해하기 쉽습니다. 모든 VSWR 측정과 마찬가지로 목표는 그림 1에 나와있는 것처럼 정상파의 최대 값과 최소값을 측정하는 것입니다.이 값의 비율은 VSWR입니다. VSWR 측정의 가장 일반적인 적용은 전송 라인을 평가하는 것입니다. 예를 들어, 전송 라인의 임피던스와 부하 사이의 전송 라인 끝에서 임피던스 불일치가있는 경우 (예 :) 반사파가 발생하는 경계 조건이 있습니다. 반사파는 전송선의 다양한 위치에서 소스의 연속파와 건설적으로 또는 파괴적으로 상호 작용합니다. 결과 구조 (직접 파 및 반사파 조합)는 정상파입니다. 이에 대한 간단한 예는 CISPR 14-1의 기기에 필요한 전도 전력 테스트에서 찾을 수 있습니다. 이 테스트에서는 해당 주파수 범위에서 전원 코드의 최대 전압을 측정하기 위해 변환기 (전원 클램프)를 제품의 확장 된 전원 코드를 따라 이동합니다. 불완전한 테스트 사이트에서도 동일한 이벤트가 발생합니다. 전송 라인은 테스트중인 장비에서 수신 안테나까지의 경로입니다. 반사파는 테스트 환경의 다른 물체에서 생성됩니다. 이러한 물체는 챔버 벽에서 건물 및 자동차 (개방 지역 테스트 사이트)에 이르기까지 다양합니다. 전송선의 경우와 마찬가지로 정상파가 생성됩니다. 사이트 VSWR 또는 SVSWR 테스트를위한 테스트 설정은 그림 2에 나와 있습니다.

정상파의 물리적 치수는 정상파를 정확하게 측정하는 데 중요한 요소입니다. 다시 한 번 목표는 최대 값과 최소값을 찾는 것입니다. CISPR 16-1-4의 SVSWR 테스트는 챔버의 직선을 따라 송신 안테나를 이동하고 제품 테스트에 사용되는 정상 위치에서 방출 안테나로 수신 전압을 측정하여 테스트 사이트의 정재파를 측정하는 것을 제안합니다. 전도 전력 테스트 또는 유사한 VSWR 측정에서와 마찬가지로, 정재파의 최대 값과 최소값을 캡처하려면 트랜스 듀서 또는 SVSWR의 경우 송신 안테나의 지속적인 움직임이 필요합니다. 이것은 각 빈도에서 수행 될 수 있지만 상당한 비용과 시간이 소요됩니다. 결과적으로 CISPR 작업 그룹은 각 체적 위치에 대해 3 개의 물리적 위치 만 타협하고 측정하기로 결정했습니다 (그림 50 참조). 테스트 시간을 줄이는 유일한 다른 옵션은 측정의 주파수 분해능을 줄이는 것입니다 (예 : 더 적은 주파수를 측정하지만 각 주파수에서 더 많은 위치를 측정). 이 옵션의 문제는 반사되는 많은 물체가 좁은 스펙트럼 특성을 가질 수 있다는 것입니다. 즉, 일부 재료는 좁은 주파수 범위에서 상당히 반사 될 수 있습니다. 결과적으로 작업 그룹은 테스트에 최대 340MHz 단계 크기를 적용하여 1-18GHz에서 최소 3 개의 주파수를 생성하기로 결정했지만 그림 XNUMX과 같이 XNUMX 개 위치 만 사용했습니다.

그림 3 : SVSWR 측정 위치 및 위치
개별 위치 수에서만 정상파를 샘플링하면 단계의 크기에 따라 대략적인 SVSWR을 계산하기에 충분한 정확도를 제공 할 수 있습니다. 그러나 또 다른 절충안은 모든 주파수에 대해 동일한 규정 위치를 갖는 것이 었습니다. 그래야 안테나를 움직이고 주파수를 스위핑하여 시간을 절약 할 수 있습니다. 선택한 위치는 0, +2, +10, +18, +30, + 40cm입니다. 4 개의 표시가있는 눈금자 위에 겹쳐진 사인파를 상상해보십시오. 이제 신호 파를 더 짧고 더 짧은 파장으로 압축하는 것을 상상해보십시오. 그림 XNUMX는이 사고 실험을 보여줍니다. 선택한 위치가 사인파의 실제 최대 또는 최소에 결코 가까워지지 않는 주파수가있을 것입니다. 이는 컴플라이언스 편향을 초래하는 절충안입니다. 예를 들어 항상 실제 SVSWR보다 낮은 결과입니다. 이 편향은 오류 용어이며 측정 불확도 기여도와 혼동해서는 안됩니다.

그림 4 : SVSWR 측정 위치와 파장
오류 기간은 얼마나 큽니까? 그림 4의 예를 생각해 보면 파장이 2 센티미터 인 것이 분명합니다. 그것은 15GHz 사인파입니다. 그 주파수에서는 파장이 2cm이고 다른 위치는 2의 배수 (10, 18, 30 및 40cm)이기 때문에 측정 된 정재파가 없습니다! 물론 7.5GHz에서도 동일한 문제가 발생합니다. 거의 모든 주파수에서 샘플링은 최대 값도 최소값도 측정하지 않습니다.

실험실은 CISPR 3-16-1에 따라 그림 4과 같이 1 개의 극성과 18 개 이상의 높이에서 1 개 위치를 측정해야합니다. 측정 범위는 6-6GHz입니다. 최근까지 패턴 요구 사항을 충족하는 유일한 안테나는 18-1GHz 및 XNUMX-XNUMXGHz 모델로 제공되었습니다. 그 결과 테스트 시간이 방정식 XNUMX에 표시됩니다.

여기서 : tx = 기능 x를 수행하는 데 걸리는 시간, ny = 활동 Y를 수행해야하는 횟수.


방정식 1 : SVSWR에 대한 테스트 시간 추정
이러한 위치, 위치, 극성, 높이 및 안테나 조합의 결과는 다소 긴 테스트 결과를 낳습니다. 이 시간은 실험실에 대한 기회 비용을 나타냅니다.
기회 비용은이 긴 테스트를 수행하는 대신 실현 될 수있는 수익입니다. 예를 들어이 테스트의 일반적인 테스트 시간은 최소 2,000 번의 테스트 교대입니다. 실험실에서 교대조에 대해 $ 6,000 USD를 청구하는 경우이 테스트는 권장되는대로 매년 사이트를 확인한다고 가정 할 때 최소 $ 12,000- $ 14,000 USD의 연간 기회 비용을 나타냅니다. 여기에는 특수 안테나의 초기 비용 ($ XNUMX USD)이 포함되지 않습니다.


위치 불확실성
SVSWR 방법을 측정 할 때마다 지정된 위치 (0, 2, 10, 18, 30, 40cm)에 송신 안테나를 배치해야합니다. 계산이 거리에 대해 수정되기 때문에 포지셔닝의 반복성과 재현성은 측정 불확실성에 직접적인 영향을 미칩니다. 그러면 안테나의 위치가 2cm 단위로 얼마나 반복적이고 재현 가능한지에 대한 질문이 생깁니다. UL에서 수행 된 최근 게이지 연구에 따르면 이러한 기여도는 약 2.5mm 또는 15GHz 파장의 약 18 %입니다. 이 기여자의 크기는 정재파의 주파수와 진폭 (알 수 없음)에 따라 달라집니다.

위치와 관련된 두 번째 요소는 안테나 패턴에 대한 각도입니다. CISPR 16-4-1의 안테나 패턴 요구 사항은 H면에서 약 +/- 2 또는 3dB의 가변성을 가지며 E면에서는 더 넓습니다. 패턴이 다른 두 개의 안테나를 선택하지만 둘 다 패턴 요구 사항을 충족하면 매우 다른 결과를 얻을 수 있습니다. 이 안테나 대 안테나 가변성 (재현성 문제) 외에도 전송에 사용되는 안테나는 표준에 표시된대로 완벽하게 대칭 패턴 (예 : 패턴이 각도가 조금씩 변함)을 갖지 않습니다. 결과적으로 송신 안테나와 수신 안테나의 정렬이 변경되면 수신 전압이 변경됩니다 (반복성 문제). 그림 5는 각도가 조금씩 증가하는 SVSWR 안테나의 실제 패턴 변화를 보여줍니다. 이러한 실제 패턴 특성은 상당한 각도 위치 가변성을 초래합니다.


그림 5 : SVSWR 안테나 패턴
상대적으로 작은 각도 회전의 함수로서 안테나 이득의 변화는 표시된 예에서 1dB의 변동성을 유발합니다.SVSWR을 얻기위한 시간 도메인 방법

CISPR 16-1-4의 SVSWR 방법은 공간적으로 움직이는 안테나를 기반으로하여 챔버 결함으로 인한 직접 파와 반사파 사이의 위상 관계를 변경합니다. 앞서 논의한 바와 같이 파동이 건설적으로 더 해지면 두 안테나 사이에 피크 응답 (Emax)이 있고 파가 파괴적으로 더 해지면 최소 응답 (Emin)이 있습니다. 전송은 다음과 같이 표현할 수 있습니다.

여기서 E는 수신 된 전계 강도입니다.

ED는 직접 경로 신호이고, N은 사이트로부터의 총 반사 수입니다 (여기에는 챔버 벽 또는 개방 영역 사이트 결함으로부터의 단일 또는 다중 반사가 포함될 수 있음). ER (i)는 I 번째 반사 신호입니다. 쉽게 유도하기 위해 반사 된 신호가 하나만 있다고 가정 해 보겠습니다 (일반성을 잃지 않음). 사이트의 사이트 VSWR (또는 상대적 리플 크기)은 다음과 같이 표현할 수 있습니다.

방정식 3을 풀면 반사 신호와 직접 신호의 비율을 얻습니다.
방정식 4에서 볼 수 있듯이 두 용어, 즉 반사 대 직접 신호 비율 (Erelative)과 사이트 VSWR (S)은 동일한 물리량 (사이트의 반사 수준 측정)을 설명합니다. 사이트 VSWR (CISPR 16-1-4의 경우)을 측정하여 반사파가 직접 파에 비해 얼마나 큰지 확인할 수 있습니다. 이상적인 상황에서는 반사가 없으므로 Erelative = 0, S = 1이됩니다.

앞서 논의했듯이 반사 신호와 직접 신호 사이의 비율을 감지하기 위해 CISPR 16-1-4의 사이트 VSWR 방법에서 분리 거리를 변경하여 직접 경로와 반사 신호 사이의 위상 관계를 변경할 수 있습니다. 결과적으로 이러한 스칼라 응답에서 SVSWR을 유도합니다. 안테나를 물리적으로 움직일 필요없이 벡터 (전압 및 위상) 측정을 사용하여 동일한 SVSWR을 획득 할 수 있습니다. 이는 최신 벡터 네트워크 분석기 (VNA) 및 시간 도메인 변환의 도움으로 수행 할 수 있습니다. 방정식 2 ~ 4는 주파수 도메인 또는 시간 도메인에서 참입니다. 그러나 시간 영역에서는 반사 된 신호가 수신 안테나에 도착하는 시점이 다르기 때문에 직접 신호와 구별 할 수 있습니다. 이것은 송신 안테나에서 보내는 펄스로 볼 수 있습니다. 시간 영역에서 직접 파는 먼저 수신 안테나에 도착하고 반사파는 나중에 도착합니다. 타임 게이팅 (시간 필터)을 적용하면 직접 신호의 효과를 반사 된 신호와 분리 할 수 ​​있습니다.

실제 측정은 VNA를 사용하여 주파수 영역에서 수행됩니다. 그런 다음 결과는 역 푸리에 변환을 사용하여 시간 영역으로 변환됩니다. 시간 도메인에서는 직접 및 반사 신호를 분석하기 위해 시간 게이팅이 적용됩니다. 그림 6은 두 안테나 사이의 시간 도메인 응답의 예를 보여줍니다 (주파수 도메인 측정에서 역 푸리에 변환 사용). 그림 7은 직접 신호가 게이트 아웃 된 동일한 시간 도메인 응답을 보여줍니다. 시간 도메인 데이터 (파싱 후)는 푸리에 변환을 사용하여 최종적으로 주파수 도메인으로 다시 변환됩니다. 예를 들어, 그림 7의 데이터가 주파수 도메인으로 다시 변환되면 ER 대 주파수를 나타냅니다. 결국, 우리는 CISPR 공간 가변 방법과 동일한 Erelative를 얻지 만 다른 경로를 통과합니다. 역 푸리에 변환 (또는 후속 푸리에 변환)은 어려운 작업처럼 들리지만 실제로는 현대 VNA에 내장 된 기능입니다. 버튼 몇 개만 누르면됩니다.

그림 6 : 두 개의 시추 안테나 사이의 시간 도메인 응답 (VNA 데이터의 역 푸리에 변환에서). 마커 1은 송신 안테나에서 10ns x (3 x 108m / s) = 3m에서 발생하는 직접 신호를 보여줍니다.

그림 7 : 직접 신호가 게이트 아웃 된 시간 도메인 응답 – 늦은 도착 (반사 된) 신호 만 남습니다.
다음 단계 : 시간 도메인 SVSWR 방법 개선우리는 공간 이동에 의한 SVSWR과 시간 도메인에 의한 SVSWR이 동등한 데이터를 생성한다는 것을 확인했습니다. 경험적 측정은이 점을 검증 할 수 있습니다. 여전히 남아있는 질문은 이것이 EUT (Equipment Under Test)에 대한 가장 대표적인 데이터인지 여부와 안테나 선택으로 인해 얻을 수있는 불확실성입니다. 수학 식 2를 참조하면 모든 반사는 합산되기 전에 안테나 패턴에 의해 수정됩니다. 단순화를 위해 다중 반사가 무시할 수있는 테스트 챔버를 고려해 보겠습니다. 그런 다음 전송 경로에 16 개의 용어, 즉 직접 신호와 1 개의 벽, 천장 및 바닥의 반사가 있습니다. CISPR 4-6-16에는 송신 안테나 패턴에 대한 매우 구체적인 요구 사항이 있습니다. 실제적인 이유로 이러한 요구 사항은 결코 제한적이지 않습니다. 예를 들어, 후면 벽 반사가 우세한 결함이고 안테나의 전면 대 후면 비율이 2dB (CISPR 6 사양 내)라고 가정합니다. 완벽한 등방성 안테나를 사용하여 SVSWR = 1 (3dB)를 측정 한 사이트의 경우 ER / ED는 6/XNUMX입니다. 전후 비율이 XNUMXdB 인 안테나를 사용하면 측정 된 SVSWR은앞뒤 비율이 6dB 인 안테나는 SVSWR을 20 * log (2.0 / 1.4) = 2.9dB만큼 과소 평가합니다. 위의 예는 분명히 지나치게 단순화되었습니다. 챔버의 다른 모든 반사와 안테나 패턴의 모든 변형을 고려할 때 잠재적 불확실성은 훨씬 더 큽니다. 다른 편파 (E- 평면)에서는 물리적 등방성 안테나를 가질 수 없습니다. 모든 실제 물리적 안테나가 충족해야하는 엄격한 안테나 패턴을 정의하는 것은 훨씬 더 큰 과제입니다.

패턴 변화와 관련된 문제는 송신 안테나를 회전시켜 해결할 수 있습니다. 이 방식에서는 넓은 빔을 가진 안테나가 필요하지 않습니다.이 주파수 범위에서 일반적으로 사용되는 익숙한 이중 능선 도파관 안테나가 잘 작동합니다. 앞뒤 비율이 큰 것이 여전히 선호됩니다 (안테나 뒤에 작은 흡수 장치를 배치하여 쉽게 개선 할 수 있음). 구현은 전송 안테나를 360 ° 회전하고 최대 홀드를 수행한다는 점을 제외하면 시간 도메인 방법에 대해 앞에서 설명한 것과 동일합니다. 모든 벽을 동시에 비추는 대신이 계획은 한 번에 하나씩 수행합니다. 이 방법은 동시에 모든 벽에 브로드 캐스트하는 ATTEMPTING과 약간 다른 결과를 얻을 수 있습니다. 실제 EUT는 특별히 제작 된 안테나처럼 보이기보다는 좁은 빔을 가질 가능성이 있기 때문에 사이트 성능의 더 나은 척도라고 주장 할 수 있습니다. 안테나 패턴으로 인한 지저분한 상황을 피하는 것 외에도 챔버 또는 OATS에서 결함이 발생하는 위치를 정확히 찾아 낼 수 있습니다. 위치는 회전 각도와 신호가 이동하는 데 필요한 시간 (따라서 반사가 발생하는 위치까지의 거리)에서 식별 할 수 있습니다.


결론

시간 도메인 방법의 이점은 많습니다. 앞서 설명한 언더 샘플링 문제의 함정을 피할 수 있습니다. 이 방법은 안테나를 몇 개의 개별 위치로 물리적으로 이동하는 것에 의존하지 않으며 시간 도메인의 SVSWR은 사이트의 진정한 가치를 나타냅니다. 또한 CISPR 방법에서 경로 길이로 인한 영향을 정규화하려면 안테나 사이의 정확한 거리를 알아야합니다. 거리로 인한 불확실성은 SVSWR의 불확실성으로 변환됩니다 (필요한 작은 증분을 고려하면 훨씬 더 어렵습니다). 시간 영역에서는 거리 정규화 불확실성이 없습니다. 또한 최종 사용자에게 가장 매력적인 기능은 시간 도메인 SVSWR이 훨씬 적은 시간을 소비한다는 것입니다. 테스트 시간이 거의 1 배 단축됩니다 (공식 XNUMX 참조).

완전 무반향 체임버는 체임버의 XNUMX 개 벽, 바닥 및 천장 모두에 흡수재 처리 기능이 있습니다. TDR (Time Domain Reflectivity) 측정은 이와 같은 테스트 사이트에 대한 정확한 평가를 제공 할뿐만 아니라 이상적인 사이트의 편차에 가장 큰 원인이되는 위치와 같은 추가 정보를 제공 할 수도 있습니다.

CISPR 방법에서는 안테나가 이동하고 반사 지점이 챔버 벽에서 이동하며 더 많은 결함 영역이 가려지기 때문에 CISPR 방법에서 주장하고 싶을 수 있습니다. 이것은 붉은 청어입니다. 수신 안테나를 이동하는 목적은 위상 관계 만 변경하는 것입니다. 다양한 총 거리는 40cm입니다. 지오메트리 변환 (전송 경로가 챔버 벽과 평행 한 경우)으로 인해 벽에서 20cm (7.9”) 커버리지로 변환됩니다. 이론이 해결 되려면 실제로 흡수체의 반사 특성이 전체 20cm에 걸쳐 균일하다고 가정해야합니다. 더 많은 영역을 다루려면 CISPR 16-1-4 (전면, 중앙, 왼쪽 및 오른쪽 위치)에서 수행 한 것처럼 안테나를 훨씬 더 과감하게 움직여야합니다. 파비콘

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