简介
技术经常将发射器嵌入到无数设备中,以支持从识别到基于条件的行动的物联网概念,这种物联网方法包括防御行动。设备可能包含多个发射器,而几年前这些发射器还不包括任何类型的通信。射频发射机的加入引起了对天线发射控制的巨大需求。本文着眼于RE103,当传导发射CE106不合适或测试连接受限时使用的发射机天线端口发射的替代测试方法。注意,替代意味着使用CE106作为首选测试,但在必要时允许使用RE103 -例如,如果天线安装阻止了CE106测试的直接连接。
通常在意图传输的必要带宽之外会出现杂散发射。谐波、寄生、互调制产品和变频产品通常属于杂散排放的范畴——或与通常产生其他频率的设备相关的不必要排放。
RE103对待机模式下的接收机或发射机没有规定要求。带有内置天线或永久安装天线的设备对天线端口发射没有要求,因为CE106不适用于此类设备。因此,对于与接收和待机操作模式相关的排放要求,我们默认使用RE102。
RE103很容易成为带有有源天线的设备的首选测试方法。本讨论将深入研究基于MIL-STD-461要求和方法的检测和测量。符合MIL-STD-461 RE103限制可能不能确认符合商业和国际标准,因此设备应用可能要求符合非军事排放要求。
根据设备的不同,RE103测试可以相当简单,也可以极其复杂。计划是至关重要的,在某些情况下,对专业设备的需求可能会带来很长的准备时间来准备测试。这涉及到许多细节,在许多情况下,很容易诱发影响结果的次要因素。
这种测试方法已经成为MIL-STD-461测试程序的一部分,从一开始就以RE03的名称出现。此前CE06提供了进行测试的备选方案,RE03适用于平均功率超过5kw、天线永久安装或工作频率超过1240 MHz的情况。在早期,可调设备的测试要求将设备调到三个频率进行测试每倍频程在每个调谐频带内,包括调谐频带每一端的5%以内。
随着1993年版本“D”的发布,编号更新为RE103作为CE106的辐射替代。同时发布了描述测试方法的MIL-STD-462D,以支持许多更改。基本的过程仍然存在,但出现了一些变化:
- 测试频率范围提供了40 GHz的测试,而不是以前的版本支持20 GHz到40 GHz作为可选。实际测试频率范围以被测设备(EUT)的工作频率为基础。最高测试频率变成最高工作频率的20倍,达到40 GHz。
- 提供了一个更通用的测试设备列表,消除了对前一个版本中指定的特定供应商和型号的调用。
- 与验证有效辐射功率(ERP)和最大化接收信号相关的计算细节被简化为更简单的功率输出测量,并在优化了基频测量后进行验证。
- 除优化过程外,在基频±5%或必要带宽下测试发射机不适用。
- 可调谐设备的测试更改为每个调谐波段有三个频率的设备工作(取消了每个八度的要求)。
- 除了基本工作频率的第2次和第3次谐波外,发射限制要求80dbc的抑制。第2次和第3次谐波限制为50 + 10 log p,其中p =峰值功率输出,单位为瓦,但不超过80 dBc。
- 在发射机测试期间,将测量接收机调到发射频率并优化带宽以获得最大指示。使用此带宽进行传输模式测试。
- 对准发射和接收天线的方位角和仰角,以获得最大指示。
- 在测试过程中进行了信号完整性检查,以验证测量系统能够通过测量路径中的所有组件正确测量已知信号。
- 数据表示要求频率分辨率小于1%或带宽分辨率的两倍,振幅分辨率为1db。
1999年修订的“E”包含了一些变化:
- 在基频±5%测试发射机而且必要的带宽不适用。
修订“F”于2007年发布,带来了一些更新:
- 在基频±5%测试发射机或传输信号带宽,以较大的为不适用。
- 除了基本工作频率的第2次和第3次谐波外,发射限制要求80dbc的抑制。第2次和第3次谐波限制设置为-20 dBm或80 dBc,以需要较少的抑制为准。
2015年发布的修订版“G”是当前的标准,并将作为以下讨论的基础,详细介绍RE103的测试程序。一些更新包括:
- 为海军舰载应用的高功率发射机定义了额外的排除。
- 对于产生或接收频率高达1 GHz的系统,建立了18 GHz的最低测试频率上限。对于产生或接收频率为1ghz或更高的系统,最高测试频率为最高频率或40 GHz的10倍,以较低者为准。翻译如果工作在999 MHz,最高测试频率是18 GHz,如果工作在1 GHz,最高测试频率是10 GHz -从我的角度来看似乎不寻常。
- 更新了一些选定应用中除第2和第3次谐波以外的谐波抑制要求。
测试位置
需要在远场进行测试,根据工作频率的不同,发射机天线和测量系统天线可能需要较大的分离距离。远场距离可能会有一些差异,这取决于标准定义-对于MIL-STD-461,使用以下参数来建立分离(以米为单位)。
- 如果发射频率等于或小于1.24 GHz,则以以下两者中的较大者为准:
- R = 2d2/χ或
- R - 3λ
- 如果发射频率大于1.24 GHz,请使用:
- 如果2.5D < d则使用R = 2D2/λ
- 如果2.5D≥d,则R = (d +d)2/λ
- 地点:
- R =发射机天线与测量系统天线之间的距离
- D =发射机天线最大物理尺寸
- D -测量系统天线的最大物理尺寸
- λ =发射机频率波长
使用上述方法,工作频率为2 MHz、天线为2.5米的高频发射机需要450米的距离。距离可能会提示需要在发射机和测量系统位置配备测试人员,并提供通信链路以支持测试。在15mhz频率下测试时,分离距离下降到60米。但是,15mhz的测试仍然可以使用450米的间隔。
测试配置
图1显示了一个基本的测试配置,其中的组件可能需要完成RE103测试,也可能不需要,这取决于设备。让我们回顾一下这个配置,为每个组件建立一个目的,以理解如何配置。
在配置的EUT侧安装了功率监控器,以验证rf功率被提供给发射天线。功率验证是为了确保EUT在额定输出下工作,并通过将天线增益添加到功率测量中,作为计算有效辐射功率(ERP)的基础。
所述测量系统包括信号发生器,用于产生已知信号以进行信号完整性检查。请注意,信号发生器连接使用虚线表示仅在信号完整性检查过程中连接。
测量系统天线输入处的虚线表示是否有适当的机箱。测试地点可能需要这样来防止对邻近设施的干扰,因为发射机可能正在等待批准在测试地点辐射。在大多数情况下,测试设备获得特殊临时授权(STA),允许发射机为测试目的辐射。STA是由美国联邦通信委员会发布的,大多数国家都有类似的规定。如果未经授权而允许辐射,未获得STA可能会导致严重的惩罚。
带阻滤波器或高通滤波器用于衰减预期的基频,使所测量的其他频率的衰减最小化。未能衰减基本传输可能导致测量系统接收机过载,经常在测量系统内产生伪信号。虽然标准中提到了高通滤波器,但当测试频率低于基频时,低通滤波器是有用的。
预选择器块是防止过载条件的另一个过滤器。许多接收机系统都有一个预选择器选项,以减少不在测量频率范围之外的信号幅度。
衰减器和前置放大器经常用于测试配置中,以帮助降低高电平信号或放大已衰减的信号,以提高测量接收机的灵敏度。请注意,放大可以包括噪声放大,因此通常指定低噪声前置放大器。
图1:测试配置
信号完整性检查
自MIL-STD-461D发布以来,信号完整性检查一直是测试过程的一部分。这一步骤有助于我们确保测量系统在测试时正常工作,而不是依赖于上次校准,并希望测量系统组件没有损坏。在RE103的情况下,测试信号完整性检查是至关重要的,以确保我们有适当的校正因子的各种滤波器,衰减器和放大器,我们纳入相当复杂的测量系统。此外,测量路径中使用的多个连接提供了诱发测量误差的机会,因此检查系统非常重要。
信号完整性检查确认测量路径已连接,并且系统软件提供了包括校正因子在内的参数。所使用的滤波器曲线(见图2)要求软件具有校正因子,以便在安装特定滤波器时在频率范围内进行测量计算。通常的做法是在不同的频率范围内改变使用中的滤波器,以减少没有高电平信号存在的衰减。这些变化有助于保持测量系统的灵敏度。
图2:滤波曲线
在进行信号完整性检查测量之前,我们需要建立极限曲线。虽然MIL-STD中没有规定,但应用比适用限制低6 dB的信号应该是标准做法。限制是基于相对于ERP的抑制,我们通常将其作为EUT测试的一部分进行验证。我们可以根据EUT规范计算限制,或者继续测试程序的ERP验证部分。任何一种方法都将提供计算完全极限所需的信息,包括在EUT的基本工作频率上的极限。
有了可用的限制,将信号发生器设置为中频带基频。信号发生器幅值设置应补偿测量系统的增益和测量路径组件的损失。
为了讨论,让我们假设ERP为140dBμV / m,带阻滤波器衰减80 dB,安装10 dB衰减器,测量路径中包含25 dB增益的预放大器。这需要将信号发生器的输出设置为27 dBm,因此需要0.5 w放大器来获得134 dBμ v信号(比限制低6 dB)以进行信号完整性检查。为了避免对放大器的需求,可以在部分中检查测量路径,例如单独检查带阻滤波器,然后检查其余的测量路径组件。
一旦信号发生器设置,测量应用信号,并验证结果是在3db的应用信号。如果不在此公差范围内,则采取纠正措施并重复该过程。重复信号完整性检查至少两个额外频率的测量系统硬件配置。对于用于测试的每个硬件配置,都应完成信号完整性检查。
得过测试
既然已经建立了测试配置,并且信号完整性检查已经成功,那么就可以继续进行测试了。对EUT通电,选择所需的工作频率,使能发射功能。要注意天线的辐射是主动的,所以在测试过程中要采取措施限制暴露。
测量调制发射射频功率,确认功率符合发射机功率规格。这确保了EUT在额定输出下工作。将功率等级换算为dBW,再加上天线增益,得到有效辐射功率ERP (Effective radiation power)。
使用EUT发射,调整测量接收机,以最大限度地在发射频率上接收到信号。调整测量接收机带宽和调整天线的仰角和方位角是最大化接收信号的一部分。测量最大接收信号并使用以下方法计算ERP:
- ERP = V + 20 log R + AF -135
- V =测量接收机读数,单位为dBµV
- R =发射天线和接收天线之间的距离,单位为米
- AF =接收天线天线系数,单位dB (1/m)
将此ERP测量值与从射频功率测量中获得的ERP测量值进行比较。如果两个ERP测量的差异超过3 dB,请采取纠正措施来缓解差异。假设两个ERP测量值在3 dB公差范围内,ERP就成为评估是否符合杂散和谐波排放抑制要求的参考。验证ERP测量值是否与RE103限制相匹配,并根据ERP参考数据根据需要调整限制。
在测试频率范围内扫描测量接收机,保持发射频率衰减,以防止测量接收机过载。这通常需要根据其频率范围能力改变测量路径组件。在ERP验证过程中,保持测量接收机带宽以最大化基本频率。当检测到杂散或谐波信号时,应调整天线的仰角和方位角,以最大限度地提高检测到的辐射。验证检测到的排放物来自EUT,而不是测量接收机的伪响应或测试场地的环境排放物。
计算杂散发射ERP,确保对测量系统的电缆损耗、天线损耗、放大器增益、衰减器损耗和抑制网络损耗等所有校正因子都适用。请记住,每个调谐波段至少指定了3个频率的测试,因此在其他所需的EUT工作频率重复测试。
总结
发射模式测试规划是绝对必要的,以安排测量系统路径组件,并考虑测试件参数。没有足够的抑制或衰减太多很容易导致测量误差,表明失败或错误的遵从性。
从我们的讨论中可以看到,在测量路径中连接了许多组件,并且经常需要使用连接器适配器。每个连接都包含一定的不确定性,累积效应会导致显著的测量误差——尽可能减少连接。
RE103的整体测试程序需要许多传输模式的测量系统配置,并在测试件的几个调谐频率上进行测试,因此要注意测试。