Тестовые приёмники электромагнитных помех ESW от Rohde&Schwarz

Обнаруживает каждое отклонение сигнала.

Стандартно-совместимые тестовые приёмники электромагнитных помех (EMI) должны соответствовать очень высоким требованиям в отношении их радиочастотных характеристик. R&S®ESW не только блестяще справляется со стандартными задачами, но и предлагает уникальные функции, которые значительно облегчают работу разработчиков и аккредитованных испытательных лабораторий.

Тестовый приёмник радиопомех (EMI) R&S ESW предлагает выдающуюся производительность с точки зрения динамического диапазона, скорости и точности. Благодаря встроенным фильтрам предварительной селекции, предусилителю в 20 дБ и линейному входному интерфейсу высокого качества, приемник соответствует требованиям коммерческих и военных EMC стандартов, включая CISPR, EN, MIL-STD-461, DO-160 и FCC, а также особые требования, связанные с автомобильной и аэрокосмической промышленностью и сектором безопасности (A&D). Прибор поставляется в трёх моделях: от 2Гц до 8ГГц (ESW8), до 26ГГц (ESW26) и 44 ГГц (ESW44).

EMI тесты требуют времени – хотя с ESW EMI от Rohde&Schwarz меньше, чем когда-либо

Обычные измерительные приёмники сканируют частотный диапазон во многих небольших диапазонах, используя последовательность шагов. Завершение измерения согласно стандарта может занять несколько часов. Недавние достижения в области цифровой обработки сигналов, однако, принесли передовые решения, которые ускоряют эти измерения на несколько порядков. Основанное на БПФ сканирование во временной области, на сегодняшний день может быть выполнено настолько эффективно, что жёсткие требования к точности, определённые в стандартах EMC могут быть удовлетворены без каких-либо проблем. Даже цифровые фильтры с интенсивной вычислительной нагрузкой на центральный процессор в EMI детекторах больше не представляют собых препятсвий. Измерения на основе БПФ были официально утверждены для измерения соответствий CISPR с 2010 года, когда промышленность предоставила доказательства их пригодности, используя соответсветствующие измерительные приборы. R&S®ESU, который предшествовал R&S®ESW, был первым коммерески доступным тест-приёмником, который поддерживает подход на базе БПФ. В настоящее время тестовый приемник ESW от Rohde&Schwarz выполняет измерения электромагнитной совместимости EMC даже быстрее, благодаря цифровой обработке сигналов на основе ПЛИС (в отличии от R&S®ESU, который использовал процессор на плате). Частотное сканирование в полосах CISPR требует всего несколько миллисекунд и наведенные помехи могут быть измеряны в реальном времени с вариантом запуска CISPR детекторов (квазипиковый и CISPR-усреднённый) параллельно. Спектральные компоненты сигнала с пропускной способностью вверх до 30 МГц покрываются без каких-либо временных разрывов. С размером виртуального шага в ¼ от частотного разрешения, окна БПФ перекрывают частотное разрешение > 90%, R&S®ESW достигает уровня точности измерений значительного лучшего, чем требуется в CISPR 16-1-1.* 

*Сравнение двух приборов предоставлено официальных документах «Сравнение временной области (пространственно-временной) сканирования и ступенчато-частотного сканирования в тестовых приёмниках электромагнитных помех (EMI test receivers).» Документацию можно найти в разделе поиска 1EE24 на сайте www.rohde-schwarz.com

Основные характеристики продукта:

• Чрезвычайно быстрое сканирование временных областей благодаря обработке сигналов на основе ПЛИС (FPGA).
• Доступен очень широкий динамический диапазон (1дБ точка сжатия +15 дБм).
• Многочисленные настраиваемые фильтры предварительного выбора, в том числе узкополосные режекторные фильтры (фильтр-пробка) для подавления диапазонов ISM, а также опциональные фильтры верхних частот.
• Общепринятое гетеродинирование (стандарт) и спектральный анализ в режиме реального времени (опция).
• Чрезвычайно чувствительные измерения, начиная с 2 Гц для автомобильных и аэрокосмических систем и приложений.
• Большой сенсорный экран с функцией MultiView для отображения нескольких режимов работы. В данном режиме показывает всю необходимую информацию одновременно.

Скорость является значимым фактором при тестировании устройств, которые могут работать, или проводить измерения только в течении короткого промежутка времени – либо потому что они изменили своё поведение (флуктуации или плавающие искажения) или потому, что продолжительное включение может быт разрушительным, или потому, что их рабочий цикл требует высокой скорости (как в случае оконных регуляторов мощности в моторных транспортных средствах). Чрезвычайно быстрое сканирование во временной области приносит очень быстрые результаты, что делает возможным легко обрабатывать такие сценарии.

Таблицы сканирования для быстрых результатов

В режиме приёмника, измерение помех контролируется настройками в таблице сканирования. Параметры сканирования представлены в таблице и могут быть индивидуально настроены для каждой задачи для каждого тестируемого устройства (DUT) с использованием до десяти независимых определённых поддиапазонов. В той же таблице сканирования используется функция сканирования временных областей, где размер шага устанавливается на ¼ от полосы разрешения внутренним сшиванием. В этом режиме приёмник обеспечивает стандарто-совместимые результаты измерений для всей CISPR группы через две секунды, используя два CISPR детектора. Этот период включает в себя требуемое время установки в одну секунду. Это говорит о том, что полное стандарто-совместимое измерение занимает в общей сложности 4 секунды для однофазных и 8 секунд для трёхфазных тестируемых устройств (DUT). Измерения переводятся в виртуальные без задержек, которые связаны с инструментальным временем установки (Рис. 1 и Рис. 2).

Рис. 1. Время измерения при стандартных настройках в разных CISPR зонах.

Поскольку R&S ESW обеспечивает обзор сценария возмущений в течении нескольких секунд, возмущающие сигналы, которые изменяются с течением времени, или прерывистые сигналы помех с низкой частотой повторения могут быть детектированы уже на этапе фазы разработки путём проведения повторных измерений. Период наблюдения может быть продлён в целях улучшения захвата помех, которые изменяются во времени. Маленькие инвестиции в измерения времени производят надёжные результаты, даже для труднодоступных для захвата сигналов.

Рис. 2. Настраиваемая R&S®ESW таблица сканирования с 10 поддиапазонами.

Максимальная защита от перегрузки

Измерения электромагнитных помех (EMI) неизвестных выбросов требуют максимально возможного радиочастотного динамического диапазона. Это необходимо для того, чтобы предотвратить перегрузки, вызванные широкополосными помехами или высоким уровнем несущего сигнала. Полосовые фильтры включены в качестве стандарта в тестовые приёмники электромагнитных помех. В приборе ESW от Rohde & Schwarz их можно предварительно выбирать. Эти фильтры обеспечивают защиту от перегрузки, что позволяет только определённому диапазону радиочастотного спектра проходить через смеситель.

Стандарты CISPR/EN охватывают сопровождающие искажения (помехи), начиная со 150 кГц. Измерения не выполняются ниже 150 кГц, так как этот диапазон завален линейными помехами от переменного тока (исключениями являются военная и автомобильная промышленность, где измерения выполняются даже если специально они не предусмотрены стандартами). Однако, уровни ниже 150 кГц достаточны для перегрузки тестируемого прибора, что делает невозможными дальнейшие измерения. Потому CISPR рекомендует использовать фильтр верхних частот с крутым краем в 150 кГц, который подавляет частоты ниже 150 кГц до 60 дБ. Это позволяет выполнять измерения от 150 кГц до 30 МГц без перегрузки измерительно оборудования. В дополнение к импульсно-защищённому входу с помощью 21 «нормального» преселекционного фильтра, R&S®ESW предлагает 150 килогерцовый фильтр верхних частот. Это соответствует рекомендациям стандарта. Так же в приемнике есть 2 МГц высокочастотный фильтр, который предотвращает, например, возмущающие сигналы (помехи) от импульсных источников питания, которые достигают внешнего чувствительного интерфейса (Рис. 3.).

Рис.3. Конфигурация преселекционных фильтров защиты от перегрузки; специальные фильтры позволяют получать чрезвычайно чувствительные измерения.

Несущие сигналы высокого уровня также присутствуют в верхних диапазонах частот , то есть в безлицензионных ISM полосах, где работают беспроводные локальные(WLAN) сети и устройства Bluetooth®. Такие сигналы значительно ограничивают динамический диапазон измерительного прибора для типичных задач измерения до 6ГГц (CISPR 22/32 для тестируемых устройств (DUT) используются в IT). R&S®ESW поставляется с режекторным фильтром высокого класса для подавления этих полос на частоте 2,4 ГГц и 5,8 ГГц. Это позволяет измерить оставшийся диапазон частот лучше и с большей чувствительностью (Рис. 4.).  

 Рис.4. Спектр вокруг ISM диапазона в 2,4 ГГц. Верхняя часть: Отключён режекторный фильтр, сильный WLAN сигнал достигает смесителя. Внизу: Когда режекторный фильтр включён, он сохраняет спектральные компоненты ISM диапазона, отдельно от каскада промежуточной частоты (IF stage).

Рис. 5. Отображение спектра промежуточной частоты в сочетании с предварительным просмотром диаграммы с помощью маркера, а также изображение спектрограммы.

Анализ промежуточных частот (IF) с помощью спектрограмм

Функция анализа промежуточных частот вприемнике ESW от Rohde&Schwarz обеспечивает спектральное отображение входного радиочастотного сигнала в выбираемом диапазоне вокруг частоты приёма EMI. Изображение спектра промежуточных частот может быть соединено с изображением гистограммы текущей принимаемой частоты. В качестве альтернативы, спектр промежуточных частот может быть изображен вместе с сохранёнными результатами от предварительных измерений. Маркер на диаграмме предварительного просмотра может быть использован для управления центральной частотой спектра промежуточной частоты (функция маркирования дорожки). Центральная частота спектра промежуточной частоты всегда соответствует текущей частоте приёма. Таким образом тестовый приёмник может быть настроен на интересующий сигнал точно и быстро.
Любые принимаемые сигналы могут быть быстро квалифицированы, как сигналы помех или требуемые (интересующие) сигналы. AM (амплитудная) или FM (частотная) аудио демодуляция могут быть активированы параллельно, что значительно облегчает идентификацию детектируемых (обнаруженных) сигналов. То есть, это даёт возможность распознать и исключить окружающие помехи (интерференцию) при измерениях на открытой площади. Спектрограмма промежуточных частот (IF) может быть сгенерирована параллельно со спектром промежуточных частот (IF). Это делает возможным легче захватывать меняющиеся во времени, cспорадические (случайные) сигналы помех (Рис. 5.). 
 

Включён анализатор спектра

R&S ESW не только тестовый приёмник электромагнитных помех (EMI test receiver), но также полнофункциональный анализатор спектра. Он нужен в лабораториях для бесчисленных измерительных задач, включая анализ электромагнитных помех в процессе разработки. При активации предварительной селекции, R&S®ESW может даже выполнять стандарто-совместимые измерения электромагнитных помех в режиме анализатора спектра, предлагая третий вариант за пределами классического тестового приёмника и анализатора временных областей (зон). Этим пользователи могут воспользоваться как преимуществом в зависимости от их предпочтений и применения.
Маркеры могут быть расположены на частотах сигналов радиопомех, чтобы провести целевой анализ. Кроме того, маркеры могут быть связаны с весовыми датчиками CISPR для прямого сравнения с предельными значениями. Спектр так же может отображаться вдоль логарифмической оси частот, что упрощает анализ результатов в широком диапазоне частот. Предельные линии отображаются в соответствии с действующими стандартами. Критические значения частот представлены в виде списка максимумов (пиков) и используются для быстрого стандарто-совместимого сравнения сигналов радиопомех с линиями предельных значений. В режиме спектрального анализатора, R&S®ESW измеряет с разрешением 200 001 точка. В классическом режиме тестового приёмника, с определённым пользователем размером шага, прибор фиксирует и сохраняет до 4 миллионов точек на одну кривую.

Анализ спектра в реальном времени с полосой пропускания до 80 МГц

Функция спектрального анализа в реальном времени в R&S®ESW (опция R&S®ESW-K 55) облегчает быстрое детектирование спорадических (случайных) и переходных радиосигналов таких как те, что вызваны операциями коммутации (или переключения оборудования). Эти сигналы затруднительны и обнаружение их с помощью обычных методов отнимает много времени. Окно спектрального анализа в реальном времени с полосой пропускания до 80 МГц отображает спектральные события без разрывов во времени и гарантирует, что ни одно событие не будет пропущено. Это достигается с помощью специальных режимов отображения, которые делают временное поведение помех сигналов сразу видимыми.

Спектральная гистограмма для чёткой идентификации импульсных и непрерывных помех.

R&S®ESW предлагает функцию спектрограммы с течением времени, что позволяет пользователям анализировать поведение сигналов помех во временной области во всех режимах работы (пошаговое частотное сканирование, сканирование временных областей, анализ промежуточной частоты, режим развёртки и режим реального времени). Каждый спектр представлен в виде горизонтальной линии с различными уровнями и каждой из них присвоены различные цвета. Отдельне спектральные линии непрерывно соединены. Запись бесшовная (совершающаяся без резких переходов и пауз) со скоростью 10 000 линий в секунду. В режиме записи R&S®ESW записывает спектры в одной диаграмме. Цвет каждого пикселя указывает на то, как часто конкретная амплитуда возникает на определённой частоте. Часто возникающие сигналы отображаются, например, красным цветом, а спорадические (случайные) - синим. Если сигналы больше не появляются на пределённой частоте с определённой амплитудой, соответсвующий цвет исчезает после установленного пользователем интервала времени записи. Это позволяет чётко различать импульсные помехи, которые возникают только для очень коротких периодов и непрерывных возмущений, (Рис. 6.). Различные импульсные помехи можно легко отличить друг от друга.

Рис. 6. Спектр реального времени с поиском помеховых сигналов, в режиме записи (сохранения данных).

Рис.7. Большой экран: Режим отображения MultiView обеспечивает запущенное отображение нескольких режимов работы на одном экране.

MultiView: отображение различных режимов работы

Функция MultiView (Рис. 7.) отображает результаты измерений из различных режимов работы на один экран в 12,1 дюйма. Это значительно облегчает их сравнение – частотный спектр в режиме развёртки вместе с одночастотным измерением. В данном случае используют функцию анализа промежуточной частоты, которая включена в изображение спектрограммы. Например, четыре независимых одночастотных измерения могут отображаться одновременно.

Превосходная чувствительность, начиная с 2 Гц

Появление новых электромобилей создаёт новые требования к тестированию радиопомех (EMI) в автомобильном секторе. В частности, связь между транспортным стредством и зарядной станцией включает в себя большие токи и длинные нефильтрованные кабельные соединения – сценарии, которые побуждают производителей и поставщиков выполнять измерения электромагнитных помех (EMI), начиная с таких низких частот как 5 Гц. С установленным нижним пределом частоты в 2 Гц, R&S®ESW идеально подходит для этих приложений (Рис. 8.). Благодаря преобразованию основной полосы частот, сигналы до 30 МГц оцифровуются прямо на входе прибора, что полностью исключает эффект локального осциллятора в данном частотном диапазоне. Это приводит к высокой чувствительности, например, типичное значение -110 дБ ниже 10 Гц и типичное значение -120 дБ между 10 Гц и 100 Гц, означает, что тестовый приёмник отвечает даже самым строгим требованиям.

Рис. 8. Электромобили расширяют тестовые сценарии для автомобильной промышленности, добавляя измерения радиопомех (EMI), начиная от 5 Гц.

 
Делать документацию становится легко

Сертифицированные измерения должны быть тщательно и полностью документированы так, чтобы доказательства соответствия могли быть предоставлены при необходимости. Генератор отчётов R&S®ESW превращает это в лёгкую задачу. Вся информация, которая нужна для отслеживания измерения может быть интегрирована в отчёт, включая описание измерительной задачи, нормы, которые применяются, используемые процедуры тестирования, специфические, установленные пользователем процедуры, любые прикладные преобразователи и ограничительные линии, плюс графики результатов предварительных измерений в различных состояниях нагрузки тестируемого устройства, финальные результаты измерений в табличной форме и графики финальных измерений. Достаточное пространство предоставляется для индивидуальной интерпретации и комментирования. Отчёты могут быть сохранены в качестве шаблонов и могут быть использованы повторно. Различные шаблоны могут быть определены, например, с помощью индивидуальных логотипов заказчика.

Резюме  

Как лидер рынка и технологий, Rohde & Schwarz давно доказала свою компетентность в разработке тестовых приёмников электромагнитных помех (EMI test receivers). Существующие модели высокого класса R&S®ESIB и R&S®ESU выдержали испытание временем и получили международное признание эталонных приборов. Новый флагман R&S®ESW превосходит своих предшественников не только с точки зрения скорости измерений, но также предлагает более широкий динамический диапазон, ниже собственные шумы и чрезвычайно высокую точность. Различные режимы работы, включая обычно применяемый режим пошагового сканирования частоты, сканирования временной области на основе БПФ (FFT – быстрое преобразование Фурье), анализ промежуточной частоты, частотную развёртку и анализ спектра в режиме реального времени (они все могут быть объединены с изображением спектрограммы), поддержка пользователей в выполнении сложных измерительных задач. И последнее, но не по важности, это большой настраиваемый сенсорный экран, а также удобная конфигурация и генерация отсчётов.

За дополнительной консультацией обращайтесь к специалистам ИНКОТЕЛ СИСТЕМ - мы рады помочь вам в решении ваших задач с помощью передового оборудования Rohde & Schwarz. ИНКОТЕЛ СИСТЕМ - официальный дистрибьютор компании Rohde & Schwarz на территории Украины.