При тестировании электромагнитной совместимости антенна и приемник электромагнитных помех являются лишь частью измерительной цепи. Радиочастотный кабель, разъемы, адаптеры и предусилитель между ними могут напрямую влиять на измеряемый сигнал и итоговую скорректированную напряженность поля.
Типичный путь приема излучаемых помех выглядит следующим образом:
Антенна ЭМС → Радиочастотный кабель → Предусилитель → Приёмник ЭМИ
Скорректированная напряженность поля обычно рассчитывается следующим образом:
Напряженность поля = Показания приемника + Коэффициент антенны + Потери в кабеле − Коэффициент усиления предусилителя
Если какое-либо из этих поправочных значений неверно, то и окончательный результат в дБмкВ/м также будет неверным.
Именно поэтому систему измерения электромагнитной совместимости следует рассматривать как единую калиброванную сигнальную цепь, а не как набор независимых компонентов.
Потери в радиочастотном кабеле необходимо учитывать при измерениях.
В любом коаксиальном кабеле возникают потери на входе, и эти потери обычно увеличиваются с частотой.
Если антенна генерирует сигнал 50 дБмкВ, а радиочастотный кабель вносит потери в 3 дБ, то на следующий этап измерительной цепи доходит лишь около 47 дБмкВ.
Таким образом, тестовое программное обеспечение должно учитывать потери в кабеле при расчете конечного результата.
Для широкополосных испытаний на электромагнитную совместимость следует использовать таблицу частотно-зависимых потерь в кабеле, а не одно фиксированное поправочное значение.
При выборе кабеля следует учитывать следующие факторы:
* Диапазон частот
* Полная потеря сигнала
* Длина кабеля
* Эффективность экранирования
* Механическая гибкость
* Тип разъема
* Минимальный радиус изгиба
Высокочастотные измерения особенно чувствительны к состоянию кабеля, поскольку многократные изгибы, напряжение в разъеме или внутренние повреждения могут изменить радиочастотные характеристики.
При установке кабеля на автоматизированную систему антенной мачты и поворотного стола его следует закрепить таким образом, чтобы сканирование по высоте и изменение поляризации не приводили к смещению антенны.
Разъемы и адаптеры приводят не только к простым потерям.
Каждый разъем создает небольшой разрыв в радиочастотном тракте с сопротивлением 50 Ом.
Обычно один качественный разъем оказывает лишь незначительное влияние, но в тестовой установке для проверки электромагнитной совместимости может быть несколько точек подключения:
* Разъем антенны
* Кабельный разъем
* Вход и выход предусилителя
* Проход через камеру
* Радиочастотный адаптер
* Вход приемника электромагнитных помех
Использование нескольких адаптеров увеличивает как потери на входе, так и несоответствие импеданса.
На низких частотах эти эффекты могут быть относительно незначительными. На частотах в несколько гигагерц качество разъема и его механическое состояние становятся гораздо более важными.
Поэтому, по возможности, следует удалять ненужные адаптеры.
Например, многократное переключение между разъемами N-типа, SMA и прецизионными микроволновыми разъемами увеличивает как радиочастотные потери, так и количество возможных точек отказа.
Проблемы с разъемами часто проявляются в виде низкой повторяемости.
Повреждение разъема не всегда приводит к полному отказу сигнала.
Чаще всего это приводит к нестабильным или зависящим от частоты результатам.
Типичные симптомы включают в себя:
* Уровень измерения изменяется при прикосновении к кабелю.
* Внезапные провалы на определенных частотах
* Низкая воспроизводимость результатов сканирования
* Неожиданное увеличение системных потерь
* Различные результаты после повторного подключения кабеля
* Уровень шума приемника неожиданно изменяется
Возможные причины:
* Изношенные нити
* Поврежденные центральные контакты
* Загрязнение
* Свободное спаривание
* Неправильный момент затяжки
* Механическое напряжение на разъеме
Высокоточные микроволновые разъемы требуют особенно бережного обращения.
В радиочастотном предусилителе GE 1313-A1840 используются разъемы K-типа 2.92 мм для высокочастотных измерений. На этих частотах состояние разъема становится не просто механической проблемой, а частью точности измерений.
Почему предусилители используются в испытаниях на электромагнитную совместимость?
Предусилитель используется, когда радиочастотный сигнал от антенны близок к уровню шума измерительной системы.
Его назначение — усиливать слабые электромагнитные излучения до того, как они достигнут приемника.
Предусилители особенно полезны для:
* Слабое излучение
* Измерения выше 1 ГГц
* Системы с длинными антенными кабелями
* Антенны с относительно высоким коэффициентом антенны
* Предварительные измерения на соответствие требованиям
* Испытания, в ходе которых выбросы близки к установленному законом пределу.
В ассортименте ВЧ-предусилителей представлены широкополосные модели, охватывающие различные диапазоны измерений ЭМС и ВЧ-сигнала.
Например, радиочастотный предусилитель 1313-A30M6G использует согласованные по сопротивлению вход и выход 50 Ом, что позволяет интегрировать его в стандартную приемную цепь с электромагнитной совместимостью.
Необходимо точно скорректировать коэффициент усиления предусилителя.
Предусилитель усиливает сигнал, принимаемый приемником электромагнитных помех, поэтому его коэффициент усиления необходимо вычесть при расчете фактической напряженности поля.
Например:
* Показания приемника: 45 дБмкВ
* Коэффициент антенны: 15 дБ/м
* Потери в кабеле: 3 дБ
* Усиление предусилителя: 30 дБ
Исправленный результат:
45 + 15 + 3 − 30 = 33 дБмкВ/м
Если программное обеспечение применит усиление предусилителя в 27 дБ вместо фактических 30 дБ, конечный результат будет на 3 дБ выше.
Именно поэтому следует использовать кривую усиления реального предусилителя.
Указание в каталоге, например, о коэффициенте усиления 30 дБ, недостаточно для точных широкополосных измерений, поскольку коэффициент усиления усилителя обычно изменяется в зависимости от частоты.
Коэффициент шума определяет, действительно ли предусилитель улучшает чувствительность.
Высокое усиление не означает автоматически лучшую чувствительность измерений.
Уровень шума имеет не меньшее значение.
Малошумящий предусилитель усиливает слабые сигналы, добавляя при этом относительно небольшой внутренний шум. Это улучшает общий уровень шума системы и помогает приемнику электромагнитных помех отличать слабые излучения от фонового шума.
ВЧ -предусилитель 1313-A1840 имеет коэффициент шума до 3.0 дБ и входное/выходное сопротивление 50 Ом.
При выборе предусилителя для измерений электромагнитной совместимости следует учитывать следующее:
* Диапазон частот
* Прирост
* Достичь плоскостности
* Коэффициент шума
* Входное КСВ
* Выходное КСВ
* Максимальный уровень входного сигнала
* Точка сжатия
* Тип разъема
Предусилитель с очень высоким коэффициентом усиления, но плохими шумовыми характеристиками, может принести меньше пользы, чем ожидалось.
Слишком высокое усиление предусилителя может привести к ошибкам измерений.
Предусилитель повышает чувствительность к слабым сигналам только в том случае, если сигнал остается в пределах его линейного рабочего диапазона.
Сильные сигналы могут привести усилитель к компрессии.
Это может быть вызвано:
* Сильное излучение от тестируемого оборудования
* Ближайшие радиопередатчики
* Сотовые сигналы
* Сигналы Wi-Fi
* Радиостанции
* Другое лабораторное оборудование
Как только предусилитель переходит в режим компрессии, его выходной сигнал перестаёт быть пропорциональным входному.
Возможные симптомы включают:
* Измеренные пики ниже ожидаемых.
* Нестабильные показания
* Неожиданные гармонические произведения
* Интермодуляционные сигналы
* Перегрузка приемника электромагнитных помех
* Существенные различия при включенном и выключенном предусилителе.
Таким образом, проблема перегрузки может выглядеть как сбой в работе электромагнитной совместимости или несоответствие измерений, тогда как реальная проблема заключается в приемной цепи.
При подозрении на перегрузку лаборатория может повторить измерение без предусилителя или ввести соответствующую фильтрацию или ослабление сигнала.
Положение предусилителя влияет на уровень шума системы.
При измерениях слабых сигналов предусилитель, как правило, более эффективен, если установлен ближе к приемной антенне.
Для сравнения:
Антенна → Длинный кабель → Предусилитель → Ресивер
с:
Антенна → Предусилитель → Длинный кабель → Приёмник
В первом варианте слабый сигнал антенны ослабляется перед усилением.
Во втором варианте сигнал усиливается перед прохождением через кабель, поэтому кабель оказывает меньшее влияние на общую чувствительность системы.
Это особенно полезно на микроволновых частотах.
Однако размещение предусилителя рядом с антенной также требует внимания к следующим моментам:
* Схема электропитания
* Фоновые выбросы камеры
* Механическое крепление
* Максимальный уровень входного сигнала
* Перемещение радиочастотного кабеля
* Экранирование
В оптимальном месте размещения следует найти баланс между повышением чувствительности и чистотой камеры, а также механической практичностью.
Также важны входной КСВ и согласование импеданса.
Большинство приемных систем ЭМС рассчитаны на импеданс 50 Ом.
Таким образом, антенна, радиочастотный кабель, предусилитель, адаптеры и приемник электромагнитных помех должны обеспечивать достаточно стабильный сигнальный тракт с сопротивлением 50 Ом.
Неправильное согласование импедансов приводит к отражениям между компонентами.
Эти отражения могут привести к следующим результатам:
* Изменения амплитуды, зависящие от частоты
* Эффекты стоячих волн
* Сниженная передача сигнала
* Повышенная неопределенность измерений
Это становится еще более важным по мере увеличения частоты и увеличения электрической длины кабеля.
Поэтому проверки только вносимых потерь недостаточно. Необходимо также учитывать КСВН или обратные потери критически важных радиочастотных компонентов.
Файлы для исправления должны соответствовать фактическим настройкам.
Одна из наиболее распространенных практических ошибок при измерениях ЭМС — использование корректирующих данных, не соответствующих установленному оборудованию.
Файл с исправлениями программного обеспечения должен соответствовать следующим требованиям:
* Точная антенна
* Фактический радиочастотный кабель
* Установленный предусилитель
* Любые соответствующие адаптеры
* Текущая конфигурация
Корректирующие данные следует проверять всякий раз, когда:
* Кабель заменен
* Разъем отремонтирован
* Адаптер добавлен или удален
* Установлен другой предусилитель
* Предусилитель отключен
* Диапазон частот измерений изменяется
Измерительная система может быть правильно механически подключена, но при этом выдавать неверные результаты, поскольку активен неправильный файл коррекции.
В статье « Ключевые факторы, влияющие на точность измерения электромагнитной совместимости антенны» объясняется, как калибровка антенны, ее расположение, характеристики камеры, настройки приемника и корректирующие данные в совокупности определяют полную неопределенность измерения.
Посмотрите на уровень шума всей системы.
Перед тестированием испытуемого оборудования лаборатория должна провести фоновое сканирование с использованием той же конфигурации антенны, кабеля, предусилителя и приемника электромагнитных помех.
Это позволяет определить фактический уровень шума всей измерительной системы.
Если ожидаемый уровень излучения испытуемого устройства лишь немного превышает уровень шума, измерение может иметь низкую чувствительность, даже если сам приемник обладает превосходными техническими характеристиками.
Уровень системного шума может зависеть от следующих факторов:
* Чувствительность антенны
* Коэффициент шума предусилителя
* Усиление предусилителя
* Внутренний шум приемника
* Потери в радиочастотном кабеле
* Окружающие радиочастотные сигналы
* Фоновые выбросы камеры
Предусилитель должен улучшать полезный уровень шума системы, не вызывая перегрузки от более сильных сигналов в других областях спектра.
Практический контрольный список измерительной цепи
Перед началом измерения уровня излучаемого излучения необходимо убедиться в следующем:
* Загружен корректный файл с данными о потерях в радиочастотном кабеле.
* Состояние кабеля стабильное, повреждений нет.
* Разъемы чистые и надежно закреплены.
* Ненужные адаптеры удалены.
* В сигнальном тракте поддерживается сопротивление 50 Ом.
* Выбран правильный файл с настройками усиления предусилителя.
* Коэффициент шума предусилителя подходит для проведения измерений.
* Максимальный уровень входного сигнала не будет превышен.
* Предусилитель не работает в режиме компрессии.
* Приёмник электромагнитных помех не перегружен.
* Проверен уровень шума всей системы.
* Данные о коэффициенте антенны соответствуют фактической антенне.
Неожиданные изменения результатов измерений ЭМС не следует автоматически приписывать тестируемому устройству. Неплотно закрепленный разъем, неправильная коррекция предусилителя, перегрузка усилителя или несоответствие в тракте приема радиочастотного сигнала могут привести к столь же значительным изменениям в регистрируемом результате.
