Kompatybilność elektromagnetyczna - pomiar emisyjności

Detektory i czas pomiaru

Do pomiaru mocy sygnałów radiowych wykorzystuje się detektory:

• szczytowe (peak), wykrywające maksymalny poziom sygnału i reagujące w sposób natychmiastowy,
• wartości średniej (average), mierzące wartość średnią sygnału i charakteryzujące się długim czasem reakcji,
• quasi-szczytowe (quasi-peak), czyli detektory szczytowe z ustawianym czasem ładowania i rozładowania.

Sposób pracy tych detektorów pokazano na rysunku 7. Czas potrzebny na przeprowadzenie wszystkich pomiarów jest najczęściej długi, co stanowi duży problem. Wynika to w dużej mierze z czasu, jaki jest potrzebny detektorom typu A i QP na poprawne zarejestrowanie wartości sygnału. Wady tej pozbawione są detektory szczytowe, gdyż ich czas reakcji jest praktycznie natychmiastowy, co znacznie skraca badanie.

Odbywa się to jednak kosztem zmniejszenia dokładności; wartość sygnału często jest przeszacowana, zwłaszcza gdy jest on zmodulowany lub ma charakter impulsowy. Niemniej testowanie urządzenia z użyciem detektora szczytowego może stanowić wstępną ocenę jego pracy. Wykrywa się wtedy składowe częstotliwościowe, których poziom przekracza dopuszczalny limit lub się do niego zbliża. W takiej sytuacji dokładnie mierzy się poziomy harmonicznych, dla których wymogi norm wydają się nie być spełnione.

Niepewność pomiaru

Pomiary natężenia pól elektrycznego i magnetycznego są nieporównywalnie mniej dokładne niż pomiary "zwyczajnych" wielkości fizycznych, takich jak napięcie, prąd, rezystancja czy temperatura. Niedokładności wynikają z właściwości sprzętu pomiarowego, dostępnych metod oraz właściwości propagacyjnych fal elektromagnetycznych. Różnica między zmierzoną wartością i rzeczywistą może przekraczać nawet 10dB. Z tego względu wykonując pomiary we własnym zakresie, warto zachować pewien margines bezpieczeństwa i projektować sprzęt w taki sposób, aby nie spełniał wymagań norm "na styk".

Największy wpływ na błędy pomiaru ma czynnik ludzki. Wyszukiwanie maksymalnego poziomu emisji wymaga obracania testowanego urządzenia, zmiany wysokości anteny odbiorczej w zakresie 1...4m oraz testowania emisji dla polaryzacji pionowej i poziomej. W efekcie tego staranność człowieka może mieć znaczący wpływ na ostateczny wynik. Niektóre badania naukowe pokazują, że wyniki otrzymane przez różnych inżynierów testujących to samo urządzenie mogą się różnić nawet o 13dB.

Jest to bardzo duża rozbieżność, obrazująca, jak trudno jest przeprowadzić rzetelne, zgodne z wymogami standardów pomiary. Różnice wyników pomiarów zostały zmniejszone do 7dB w sytuacji, gdy wysokość anteny odbiorczej nie była zmieniana. Drugim czynnikiem mającym zdecydowany wpływ na niepewność pomiaru jest miejsce, w jakim następuje testowanie EUT. W otwartej przestrzeni pomiarowej trudno jest uniknąć wpływu zewnętrznych zaburzeń na wynik.

Jedynym wyjściem pozostaje pomiar tych zaburzeń i skorygowanie wyniku o zmierzoną wartość. Oczywiście pod uwagę należy wziąć również odbicia od podłoża, ścian i sufitu powstałe wskutek nieidealnego pochłonięcia energii przez materiał absorbujący, którym wyłożona zastała komora pomiarowa. Zmiany wysokości anteny podczas wyszukiwania maksymalnego poziomu sygnału stanowią kolejne źródło błędów.

Poziom sygnału może być zawyżony nawet o 6dB wskutek wzmocnienia spowodowanego nałożeniem się fal o jednakowym przesunięciu fazowym, ale może zostać również stłumiony o ponad 20dB, gdy wystąpi nałożenie się fal w przeciwfazie. Jest to uzależnione m.in. od wysokości anteny odbiorczej. Błędy tego typu są trudne do oszacowania i zależą także od częstotliwości, stąd też konieczność regulacji wysokości anteny, mimo że praktyka taka wprowadza znaczącą niepewność pomiaru.

Kolejnym źródłem błędów są przewody pomiarowe, które mają swoją charakterystykę częstotliwościową. Przewody dobrej jakości powinny mieć charakterystykę płaską dla całego zakresu częstotliwości, a wprowadzane tłumienie powinno być możliwie małe. Błędy wynikające z charakterystyki przewodu pomiarowego można uwzględnić w wynikach, niemniej trudno uwzględnić wpływ temperatury na tę charakterystykę.

Z przewodami nieodłącznie związane jest niedopasowanie impedancyjne, które wpływa na wynik w następstwie odbić sygnału. Rozmiar tego zjawiska określa współczynnik fali stojącej, którego wartość jest jednak funkcją częstotliwości, co przyczynia się do dodatkowego zwiększenia niepewności pomiaru. Źródłem niepewności pomiaru jest sam analizator widma czy odbiornik pomiarowy (w wyniku starzenia się podzespołów) oraz zmiany parametrów filtrów wejściowych, tłumików, źródeł sygnału odniesienia itp. wynikające z fluktuacji temperatury.

Rys. 8. Przykładowe komory GTEM

Nawet w dobrej jakości sprzęcie pomiarowym całkowity błąd może przekroczyć 5dB. Z tego względu producenci wbudowują w oferowane przez siebie urządzenia funkcję autokalibracji. Pozwala ona zniwelować wpływ temperatury, czasu oraz niedokładności procesu produkcyjnego na wynik pomiaru. Należy pamiętać, że sprzęt musi być wstępnie "rozgrzany", gdyż dopiero po ustabilizowaniu się temperatury w jego obudowie można otrzymać powtarzalne wyniki. Dobrym nawykiem jest włączanie urządzeń od razu po przyjściu do pracy i uruchomienie procedury autokalibracji bezpośrednio przed rozpoczęciem pomiarów.