Широкополосные изотропные преобразователи обычно используются при испытаниях на устойчивость. Датчики поля являются, возможно, одним из самых недооцененных компонентов системы испытаний на излучаемые помехи. Несмотря на то, что при выборе оборудования, необходимого для создания заданного уровня поля, мы в значительной степени полагаемся на данные спецификаций и расчеты, только живой эксперимент с использованием надежного СИ действительно покажет все параметры испытательной установки.
Даже если предположить, что все параметры датчика соответствуют его спецификации и требованиям к нему стандартов, следует отметить, что они могут быть источником значительной ошибки при неправильном использовании. Рассмотрим основные концепции полевых измерений.
Методы испытаний
Существует два общепринятых метода определения напряженности поля:
- Метод замкнутого цикла и
- Метод замещения.
Хотя у каждого метода есть свои преимущества и недостатки, в конечном счете определять используемый метод будет применяемый стандарт.
Метод замкнутого цикла: Преобразователь расположен перед или над ИТС во время калибровки. Поскольку обычно датчик или измеритель поля диодного типа не может точно измерить модулированный радиочастотный сигнал, необходимо либо применять к показаниям поправочные коэффициенты, либо использовать немодулированный сигнал во время испытаний. Особенность метода в немедленной обратной связи и способности немедленного реагирования на изменения в тесте как ИО, так и ИТС. Тестирование с замкнутым циклом также оказывается самым быстрым, поскольку нет необходимости в предварительной калибровке и выравнивании неоднородности радиочастотного поля. Минусом метода является то, что результаты испытаний непредсказуемы и, скорее всего, неповторимы при переходах от одной установки к другой, не говоря уже от одной испытательной лаборатории к другой. Стандарт MIL-STD-461 является одним из примеров применения описываемого метода.
Метод замещения: в этом методе радиочастотное поле сначала калибруется в пустой камере, записывается уровень поля для каждой частоты. Калибровку проводят проводятся при отсутствии модуляции сигнала. После этого, в камеру помещают ИТС и провобят испытания по заранее откалиброванным значениям, но уже с применением модуляции. Так как этот метод не требует мониторинга поля во время испытаний, исключаются ошибки, вызванные влиянием ИТС на испытательное поле. Один из недостатков метода замены заключается в необходимости отведения дополнительного времени длякалибровки / выравнивания неоднородности поля до испытаний. Несмотря на это, этот метод стал более приемлемым и упоминается во многих стандартах ЭМС. Поскольку датчик поля не используется, обратную связь обеспечивает измерение прямой и обратной мощности или она вообще отсутствует. Так, простой изгиб или обрыв кабеля или человеческая ошибка существенно повлияют на результаты испытаний. Этот метод используют такие стандарты как IEC 61000-4-3 и DO-160, но используют разные процедуры калибровки при этом.
Важные аспекты при использовании датчиков
Гармоники: Если радиочастотный усилитель работает в режиме насыщения или выдает гармоники, испытательное поле будет состоять из большего количества испытательных частот. Например, выход усилителя TWT, работающего на основной частоте 1ГГц может содержать гармонику 2ГГц всего на 3 дБ ниже уровня основной. Этот вывод В сочетании с антенной, усиление которой меняется в зависимости от частоты, может фактически привести к случаю, когда напряженность поля гармоники будет больше основной частоты. Так как датчики поля обычно измеряют интегральные характеристики поля, отображаемый уровень будет намного выше фактического. Если этот источник ошибки не понят и не учтен, результаты испытаний можно считать недействительными. Самый простой способ минимизации связанных с гармоническими ошибками ошибок заключается в выборе усилителя мощности с низкими гармониками или, по крайней мере, работают значительно ниже точки насыщения усилителя или в выборе мощного фильтра на выход усилителя.
Во избежание ошибок, связанных с гармониками, некоторые стандарты предусматривают предел их содержания в испытательном поле -6dBc или -15dBc. Рассмотрим случай -6dBc: допустим усиление антенны между частотой гармоники и основной частотой уменьшилось на 5дБ, учтем другие эффекты от установки и площадки 3 дБ, получим всего 14 дБ уменьшения напряженности поля на частоте гармоник, что вполне приемлемо. Тем не менее следует стремиться еще больше уменьшить искажения усилителя, чтобы свести к минимуму любую ошибку, вызванную возникновением гармоник. Из приведенного выше графика видно, что требование -6dBc приведет к погрешности измерений уже в 11%.
Размещение датчика:
При использовании датчика во время испытаний, убедитесь, что они располагается так же, как при калибровке. Также необходимо убедитесь в том, что если датчик имеет металлический корпус или аккумулятор питания и т.п., они не вызывают отражений, это же касается и мачт, держателей и подставок.
Отражения могут привести к возникновению стоячих волн в чувствительном элементе. Это особенно вероятно на частотах свыше 1 ГГц.
Для испытаний методом замкнутого цикла стандарты достаточно четко определяют положение датчика. Например, лучше не размещать зонд перед ИТС.
При использовании трехкоординатных датчиков можно было бы ожидать полноты показаний независимо от положения датчика. К сожалению, это не совсем так. Выходной сигнал изотропного датчика есть функция его позиционирования, поэтому для исключения этого компоненты погрешности, следует ориентировать датчик в точном соответствии с излучающей антенной или предшествующей калибровкой.
Калибровочные коэффициенты:
На практике, полевые датчики имеют свои коэффициенты преобразования и поправочными коэффициенты, которые прибавляются к результатам измерений в пределах заявленной точности датчика. Они входят в список метрологических функций датчика и подлежат измерениям в процессе поверки. Некоторые новые виды датчиков имеют возможность автоматически применять поправочные коэффициенты. Если такая возможность есть, это должно быть сделано, так как поправочный коэффициент является функцией частоты. Обыхно испытательные лаборатории не применяют поправочные коэффициенты, если они не превышают 0.5 дБ. Такая политика неприемлема, т.к. такого плана "незначитальных" и "неучитываемых" моментов достаточно много и суммарная погрешность меняется очень ощутимо. Некоторые датчики могут хранить коэффициенты в СППЗУ и автоматически их применять. Имейте в виду, что эти факторы используются для внутренней компенсации схем преобразователя, не следует путать их с калибровочными коэффициентами, предоставленными калибровочной лабораторией.
Установка нуля.
В целях минимизации ошибки датчика из-за дрейфа внутренних элементов, некоторые из них имеют внутренние механизмы автоматической установки нуля (Zeroing).
Смещение нуля: Этой функцией нужно пользоваться с особой осторожностью. Функция нулевого смещения должна использоваться только квалифицированным персоналом, проводящим периодическую калибровку датчика в сертифицированной лаборатории калибровки. Из-за неверных действий Вы можете только увеличить погрешность датчика или сделать его показания вовсе неверными, например, не убедившись в полном отсутствии поля при задании смещения.
Выводы
Минимизация ошибок и неопределенности измерений, гарантируя целостность испытательной системы, повышается качество испытаний, их воспроизводимость. Если датчики поля используются в соответствии с перечисленными указаниями, точность и повторяемость результатов повышается, так как они являются ключевым элементом испытательной установки.