Ken Javor, EMC Compliance 2016年1月
(向一位伟大的表演者致敬……)
正如在MIL-STD-461G完整审查中所指出的,也可以在本期ITEM中找到,SAE航空航天信息报告(AIR), AIR 6236,EMI测试设备的内部验证是专门为支持MIL-STD-461G而编写的。具体来说,4.3.11节测量设备的校正已缩小到设备的范围,如EMI接收机和频谱分析仪,示波器和(RS103)电场传感器。第4.3.11节现在说,“在初始校准之后,无源设备,如测量天线、电流探头和lisn,不需要进一步的正式校准,除非设备被修复。程序中的测量系统完整性检查足以确定无源器件的可接受性。”AIR 6236的编写是为了支持在EMI测试设施中仅使用EMI测试设施中通常可用的测试设备来验证此类设备的正确操作。AIR背后的想法是,如果测量系统完整性检查有问题,AIR 6236测量将证明传感器是否有问题。AIR 6236于2015年12月发布。此外,如果需要,AIR中的程序可用于内部定期自检EMI测试设备。
这个简介,由空气的作者,讨论了什么在它,为什么,并包括一个测试程序的一件设备,被排除在空气。
的简介AIR提供了如何使用EMI测试设施中常见的设备自检下面列出的设备的指导。其目的不是校准这些设备,而是检查它们与制造商的规格没有显著差异。
的范围表示AIR为EMI测试设施提供了关于如何检查以下类型EMI测试设备性能的指导:
电流探针
线路阻抗稳定网络(LISN)
定向耦合器
衰减器
电缆损失
低噪声前置放大器
棒形天线座
无源天线
电力线纹波检测器(CS101换能器)*
*最后一个装置没有在AIR中描述,但应该是作者的疏忽。电力线纹波检测器是MIL-STD-461G CS101部分的新产品。该PRD允许使用频谱分析仪或EMI接收机来监测注入CS101纹波,而不是示波器,这是非常有用的注入纹波在交流总线上。
所有AIR 6236性能检查都可以在没有软件的情况下进行。可能需要一台计算机来生成数据的电子副本或硬拷贝。这并不是说定制软件可能没有帮助;只是写出来的程序故意回避了自动化操作的必要性。
的目的AIR 6236的规定并不是要重现认可的校准机构所使用的程序,而是提供简单而准确的方法,只使用EMI测试机构中的测试设备。为简单起见,所有的设置都使用网络分析仪来显示,但是可以使用带有内置跟踪生成器的频谱分析仪或EMI接收机来代替网络分析仪,如果没有可用的跟踪生成器,则可以使用单独的信号生成器来替代跟踪生成器。这些替换的影响将在最后一节讨论。
AIR 6236测量方法不是排他性的,但发现工作得很好,复杂度最小。这就是为什么它是一个AIR -航空航天信息报告-而不是一个ARP -航空航天推荐实践。AIR中包含了许多方法来剥猫的皮,其他方法可能比这些方法更好,这取决于持有判断的人的价值体系。选择所包含测量的价值标准是,它们可以由EMI测试机构使用他们已经拥有的设备进行,并且具有nist可追踪的校准。
MIL-STD-461被列为“适用的文件”。
以下性能检查构成了AIR 6236的主体。
- 电流探针
基于变压器作用的各种型号的电流探头被使用,频率从低至1hz到至少1ghz。所有这些探头都可以按照图1进行校准。
在图1中,网络分析仪源通过校准夹具驱动电流,电流探头感知电流。衰减器值(除了校准fixture输入侧的10 dB衬垫)的选择,使电流探头输出(t口)与参考输入(R)的比值直接为以dB欧姆为单位的传输阻抗,不需要数据缩减。它们还执行阻抗匹配功能,以减少较高频率的vsr相关误差。10 dB垫仅用于阻抗匹配和vsr降低,如果没有必要,通常在需要额外信号电平进入校准夹具的音频频率时不需要包含。该值不影响传输阻抗的计算。
图1:电流探头校准- T/R比是以dB欧姆为单位的传输阻抗。
在有大量动态范围的无线电频率下,为了在源和同轴传输线之间放置10db的阻抗匹配衰减,源设置应低于最大值10db。同样,在同轴电缆损耗变得明显的无线电频率下,电流探头输出和“T”端口之间以及校准夹具输出上的20 dB垫和“R”输入之间的同轴连接的长度和类型必须相同。
- LISN
虽然MIL-STD-461中规定了几种测量LISN阻抗的方法,但没有一种方法具有测量LISN对50欧姆信号源的插入损耗的简单性和易用性。插入损耗是在LISN端口相对于50欧姆负载测量的电位。在1 MHz以上,其中50 uH LISN近似于50欧姆,插入损耗为0 dB。在较低的频率下,插入损耗随频率的减小而增大。图2a显示了测量设置,图2b显示了预期结果,包括表示MIL-STD-461对LISN阻抗的20%公差的误差条。这种方法和限制考虑了0.25 uF的阻塞电容损耗。请注意,1 MHz以上的上容差是严格的学术;LISN阻抗不可能高于50欧姆,所以插入损耗不能超过0 dB。在同轴电缆损耗较大的频率下,连接“T”和“R”端口的电缆类型和长度必须相同。分路器和LISN输入电源连接器之间的连接必须足够短,不能有明显的损耗。 Insertion loss is measured as the T/R ratio.
图2一个: LISN插入损耗测量设置
图2 b:MIL-STD-461 50 uH(上曲线)和5 uH LISN插入损耗(下曲线),包括0.25 uF阻塞电容器的损耗与50 uH曲线
- 定向耦合器
正向电源端口耦合因子用于一些MIL-STD-461测量。该过程测量该因子,如图3a所示。T/R比值是耦合端口因子。在同轴电缆损耗较大的频率下,连接“T”和“R”端口的电缆类型和长度必须相同。
图3:定向耦合器正向功率耦合因数测量
由于返回损耗可用于验证天线性能(见第8节),下面的设置和描述将解释如何描述反向电源端口。图3b与图3a类似,测量的是反向电源端口耦合系数。T/R比值是反向功率耦合端口因子。在同轴电缆损耗较大的频率下,连接“T”和“R”端口的电缆类型和长度必须相同。分流器与定向耦合器之间的连接应尽可能短,损耗可以忽略不计。
图3c显示了如何确定与50欧姆良好匹配相关的回波损耗测量极限。这样测量的回波损失表示使用这种方法可以确定的最小驻波比值。
图3 b:定向耦合器反向功率耦合因数测量
图3 c:测量,以确定最小的驻波比,可以确定使用回流损失法。
- 电阻衰减器
衰减器用于各种测试,包括排放和敏感性测试。此过程测量衰减,如图4所示。T/R比值表示衰减。在同轴电缆损耗较大的频率下,连接“T”和“R”端口的电缆类型和长度必须相同。衰减器和分流器之间的连接应尽可能短,损耗可以忽略不计。
图4:衰减器测量
- 电缆损失
同轴电缆用于所有测量装置。该步骤测量电缆衰减,如图5a/b所示。T/R比值表示衰减。连接“T”和“R”端口的电缆的类型和长度必须相同,测量时必须测量得相同,如图5a所示。一旦这些电缆被证明是相同的,或者考虑到它们的差异,就可以用它们来测量被测电缆的损耗,如图5b所示。由于测量的损失很小,vswr可能是一个干扰因素。测试电缆和参考电缆之间的衰减可以最大限度地减少阻抗不连续的影响。
图5:参考电缆损耗测量
图5 b:电缆损耗测量
- 低噪声前置放大器增益
低噪声前置放大器通常用于进行敏感测量,如辐射发射,频谱分析仪或EMI接收机的噪声数字性能本身不足以测量到所需的极限。此过程测量放大器增益,当减少使用前置放大器测量的数据时,必须考虑到增益。图6显示了设置。T/R比值表示增益。必须注意使用非常低的输入,以便放大输出远低于前置放大器的1db压缩点。该方法也可用于确定1 dB压缩点,在增加输入的同时反复测量增益,直到实现增益压缩。在同轴电缆损耗较大的频率下,连接“T”和“R”端口的电缆类型和长度必须相同。分路器与前置放大器之间的连接应尽可能短,损耗可以忽略不计。
图6:低噪声前置放大器增益测量
- 41 "杆天线基换能器系数测量
41英寸棒天线的底座,无论是有源还是无源,都充当棒的电容输出阻抗和50欧姆连接到频谱分析仪或EMI接收机之间的阻抗匹配设备。根据MIL-STD-461F/G图RE102-8,模拟棒输出阻抗的电容必须在网络分析仪50欧姆源输出和棒天线与天线底座匹配的点之间串联使用,如下图7所示。杆天线系数是测得的换能器系数(增益或损失)减去6 dB,以占41“杆的半米有效高度。T/R比值表示杆形天线底座的增益或损耗。在有源棒天线的情况下,必须小心选择足够低的源信号电平,以避免棒天线底座中的前置放大器过载。
图7:41 "杆天线基换能器因子测量
- 天线匹配网络的驻波比检测
对天线性能最准确的检查是它的物理尺寸。如果辐射元件没有受到损坏,并且50欧姆同轴输入到辐射元件之间的匹配网络也完好无损,天线的性能将如宣传的那样。虽然辐射元件可以直观地检查,但匹配的网络不能,必须测量其性能以确定完整性。虽然MIL-STD-461测试RE101中使用的小环路等简单设备可以用欧姆计测量以验证连续性,但更复杂的天线,如双锥和双脊导角,则无法进行这样的检查。检查其与工作频带内50欧姆的匹配情况,可以验证匹配网络没有损坏。这种检查也检查同轴连接器的任何损坏。
有许多方法可以直接或间接地测量vswr。图8中所示的驻波比是专门用来使用EMI测试设施中的设备的。
图8:天线驻波比测量
如图所示,返回损失与vswr相关。
回波损耗(dB) = -20 log [(vswr-1)/(vswr + 1)]
低驻波比意味着匹配良好,回波损失高,意味着测得的T/R比将较低。相反,匹配不好会导致反向功率大,T/R比会更高。一般来说,天线在带边附近的驻波比特性较差,而在带中位置的驻波比性能最好。特别是,在80mhz以下的137厘米尖对尖双锥天线具有如此差的驻波比特性/高回波损失,几乎与坏巴伦难以区分。因此,vswr应在带中测量,并与制造商的规格进行比较。表8给出了用于表征天线匹配网络的驻波比与回波损失值的范围。
电压驻波比 | 返损dB |
1:1 | ——∞ |
1.22: 1 | -20年 |
1.5: 1 | -14年 |
2:1 | -9.5 |
2.5: 1 | -7.4 |
3:1 | 6 |
3.5: 1 | -3.5 |
表8:Vswr vs.返回损失
请注意,超过-20 dB时的回波损耗将难以测量,通常也没有必要,因为它们对应的匹配阻抗非常接近50欧姆,宽带天线通常不会遇到这种情况,典型的驻波比为2:1至3:1。
- 电力线纹波检测器-不是AIR 6236的一部分
电源线纹波检测器(PRD)作为电阻分压器和变压器,以便允许50欧姆可调电压表(频谱分析仪或EMI接收机)通过CS101测试方法监测叠加在交流或直流总线上的音频纹波。换能器因子是总线上的纹波电位与在50欧姆可调设备上测量到的值之间的比例常数。该测试方法使用bnc-tee而不是50欧姆分路器,因为它不是50欧姆测量,而是音频,重要的是,参考读数准确应用于PRD总线连接插孔。测量范围从30赫兹到150千赫。珠三角有两个换能器因子;一个是平坦的,代表电压划分和变压器绕组比,另一个滚到5千赫以上,以相同的速率,但与MIL-STD-461 CS101极限斜率相反,因此即使极限随着频率的增加而降低,50欧姆可调设备测量的值也是恒定的。这有助于进行人工测量,也有利于更好的信噪比,因为在更高的频率下,极限变得更低。
图9:电力线纹波检测器换能器系数测量
最后一部分是当网络分析仪不可用时的测量选项
网络分析仪不是普通的EMI测试设备,可以使用频谱分析仪或带有内置跟踪发生器的EMI接收机。如果无法使用,则可以使用频谱分析仪/EMI接收机以及单独的信号发生器。
在每种情况下,分析仪/接收机的rf输入替代网络分析仪上的“T”(测试)端口,而跟踪发生器或信号发生器替代“S”(源)端口。对于那些涉及50欧姆设备的测量,0 dBm信号源对我们是有利的,因此缺乏参考测量没有影响:分析仪上的痕迹实际上是网络分析仪获得的“T/R”图。
在被测设备加载源的情况下,可以使用能够显示两条轨迹的分析仪/接收机,并且必须考虑到这一点。一个sub - 1ghz分路器,如用于网络分析仪,可获得零用现金。微波分离器比较贵,但就测试设备而言,仍然相对便宜。
如果跟踪发生器不可用,而使用外部信号源,则有两种选择。没有任何控制软件同步扫描(从而有效地创建跟踪生成器),信号源和分析仪/接收机扫描是不同步的,这需要将分析仪/接收机置于“最大保持”显示模式,并执行多次扫描,直到观察到的痕迹没有丢失。这比其他方法需要更多的时间,但不需要额外的仪器,也不需要在计算机控制方面的投资。
一些较新的数字网络分析仪是两个端口设备,需要连续测量作为参考和测试测量,而不是传统的同时测量。测量原理是一样的。