시간 도메인 S(VSWR)를 이용한 1 GHz 이상 EMC 테스트 사이트의 빠른 검증

목표

1 GHz ~ 18 GHz 주파수 대역의 EMI 방사 테스트 사이트에서는 전자파 신호의 리플렉션의 영향이 최소화되는 자유 공간과 같은 시험 장소가 필요합니다. 현실적으로, 이러한 조건은 RF 흡수체로 둘러러 쌓인 차폐 시험실을 사용합니다(완전 무반향실, FAR).

EMI 적합성 측정을 수행하기 위한 사이트 검증은 자유 공간에서 수행하는 EMI 적합성 측정 조건과의 차이를 바탕으로 판단합니다. 이러한 사이트 검증 작업은 최대 수신 신호와 직접(의도) 신호 및 반사 신호 간 간섭으로 인해 발생한 최소 수신 신호의 비율인 사이트 전압 정재파비(S_VSWR)를 측정하여 수행합니다. 인증 기준에는 다음과 같이 두가지가 있습니다.

• CISPR 16-1-4에 따른 S_VSWR 방법
• ANSI C63.25에 따른 시간 도메인 S_VSWR (TD S_VSWR) 방법

원칙적으로 두 규격 모두 두 안테나 간 일련의 응답 측정값으로 구성되어 있으며, S_VSWR ≤ 6.0 dB라는 동이란 기준을 사용합니다. CISPR 방법에서는 송신 안테나를 6구간에서 변경하여 송신하고, 이에 대한 차이값을 비교하여 검증합니다. ANSI의 Time domain 방법에서는 안테나를 이동하지 검증하게 됩니다. 이러한 검증은 VNA(벡터 네트워크 분석기)의 주파수 도메인의 데이터를 시간 도메인으로 변환하는 Complex transmission 측정을 이용하여 측정할 수 있습니다.(S₂₁).

결과는 두 안테나 간 임펄스 응답을 보여줍니다. 직접적인 안테나 대 안테나 응답은 짧은 거리, 안테나의 빠른 펄스 반응과 연관이되어있습니다. 테스트 사이트의 반사는 더 먼 곳에서 발생하며 나중에 도착합니다. 따라서 시간 게이팅을 사용하여 반사로부터 직접 안테나 응답을 분리하고 TD S_VSWR을 계산할 수 있습니다.

로데슈바르즈 솔루션

R&S®ZNB-K2 Time Domain Analysis 옵션이 탑재된 R&S®ZNB Vector Network Analyzer는 ANSI C63.25에 따른 TD S_VSWR 측정 기능을 제공합니다. 검증 범위가 1 GHz ~ 18 GHz인 경우 VNA를 시작 주파수 500 MHz, 정지 주파수 19.7 GHz, 스텝 크기 1 MHz, 출력 레벨 0 dBm, 대역폭 1 kHz의 하모닉 주파수 그리드로 설정합니다.

참고: 대역 엣지의 데이터를 신뢰할 수 없는 Time Gating 프로세스의 Windowing 효과를 고려하기 위해 추가 주파수 범위(관심 주파수의 위아래)가 필요합니다.

케이블 끝의 송신 및 수신 안테나를 연결하하기 위해서는 전체 2포트 VNA 교정을 수행합니다. 안테나에 케이블을 연결하고 첫 번째 측정 위치 및 분극의 턴테이블에 송신 안테나를 놓습니다(그림 참조).

송신 측정을 수행하고 설정 감도를 확인합니다. 20 dB 이상의 신호대잡음비를 달성해야 합니다. VNA의 시간 도메인 메뉴에서 TD S_VSWR 측정 기능을 수행합니다.

참고: 기본적으로 Hann 창 기능이 사용됩니다. 직접 안테나 응답과 안테나와 관련된 링다운 시간만 Gating 스팬 이내에 오도록 게이트 스팬을 설정합니다.

참고: Gating의 목적은 안테나 간 직접 시간 응답을 유지하고 나머지 응답을 억제하는 것입니다. Time gating의 센터를 주 응답의 피크에 설정하고 피크 주위의 대칭적 Gating 스팬을 안테나 링다운 시간의 2배 값으로 설정하는 것으로 충분합니다. R&S®HF907의 경우 8 ns의 게이트 스팬을 사용합니다.

S₂₁ 스윕을 수행하고 추가 평가할 트레이스를 서식 지정된 데이터로 내보냅니다. 나머지 전송 안테나 위치 및 분극에 대해 절차를 반복합니다.

참고: 모든 위치 F(전면), R(오른쪽), L(왼쪽), C(중앙)는 테스트 용적 하단으로부터 1 m 높이에서 측정합니다. 전면 위치는 2m 높이에서 추가 측정을 실시합니다. 중앙 위치는 용적의 직경이 1.5 m 이하인 경우 선택적입니다.

개선 기능

시간 도메인 방법은 사이트 검증 요구사항 준수를 입증하는 것 이외에 테스트 사이트에 대한 자세한 정보를 제공합니다. 예를 들어 Time Domain Impulse Response View를 사용하여 FAR에서 더 나은 품질의 Absorber 추가가 필요한 위치를 식별할 수도 있습니다. 최적 사이트의 안테나 응답은 단일 펄스(안테나 대 안테나 직접 응답)를 보여줍니다. 따라서 크고 불필요한 반사를 쉽게 식별할 수 있습니다. 또한, 시간과 거리는 자유 공간에서 빛의 속도(c ~ 3 × 10⁸ m/s)와 관련되어 있으므로 안테나로부터의 거리를 표시할 수 있습니다.

요약

시간 도메인 분석 기능의 R&S®ZNB Two-Port Vector Network Analyzer와 R&S®HF907 Double-Ridged Waveguide Horn Antenna는 ANSI C63.25에 따라 TD S_VSWR 방법을 이용한 빠르고 정확한 사이트 검증 측정에 적합한 솔루션입니다.

ANSI 시간 도메인 방법은 CISPR 방법에 비해 1GHz 이상의 테스트에서 EMC 테스트 사이트 검증을 수행하는 시간이 적게 소요되고 사이트 또는 챔버가 완전하지 않은 위치를 표시할 수 있다는 추가적인 이점이 있습니다.