Per prove Emc più veloci

Le prove di compatibilità elettromagnetica richiedono l’adozione di impostazioni tali da garantire l’accurata misurazione di tutte le emissioni disturbanti. Sfortunatamente, i tempi di queste misure influiscono sulla disponibilità dei laboratori, riducendo così il numero dei dispositivi che possono essere certificati. Ciò pone un limite ai ricavi che possono essere ottenuti da un laboratorio di prova specializzato, così come limita il numero di nuovi dispositivi che i laboratori interni di un’azienda possono verificare senza incorrere in ulteriori costi nel rivolgersi a un laboratorio esterno. La scansione nel dominio del tempo è una tecnologia che può ridurre notevolmente il tempo di misura di un ricevitore, così da ridurre sostanzialmente il tempo complessivo. Questa metodologia è stata ammessa per effettuare le misure di prescansione definite nella norma Cispr 16-1-1:2010 ed è stata ritenuta accettabile per effettuare le misure finali secondo le norme Cispr che richiamano specificatamente l’utilizzo della versione 2010. Anche la nuova bozza in discussione delle norme Mil-Std-461 consente l’utilizzo della scansione nel dominio del tempo.

Ridurre il tempo di prova

Le metodologie di prova definite dalle norme commerciali e militari indicano un determinato tempo di misura, chiamato anche tempo di permanenza, per ciascuna frequenza, affinché si possano caratterizzare correttamente i segnali impulsivi. La scansione nel dominio del tempo riduce il tempo di scansione del ricevitore pur rispettando i valori di dwell time minimi definiti dalle norme. Le prove sui sistemi elettronici commerciali basate sulle norme Cispr possono richiedere dwell time fino a 1 s per le prescansioni e nel caso di segnali tempo varianti di 15 s e oltre per le misure finali. Le norme Mil-Std-461 specificano dwell time compresi tra 15 ms e 150 ms per misura, in funzione del range di frequenza. Quando si utilizzano ricevitori che lavorano nel dominio della frequenza sia in modalità swept che stepped, questi tempi di Dwell time si sommano tra loro ad ogni passo di resolution bandwidths dando il tempo totale di una scansione.

La scansione nel dominio del tempo

Lavorando nel dominio del tempo si riducono i tempi di scansione utilizzando la trasformata di Fourier con un elevato grado di sovrapposizione temporale. Questo permette di raccogliere simultaneamente più dati in un determinato span di frequenza che comprenda molteplici resolution bandwidth (Fig. 1). Le bande di acquisizione utilizzate in modalità Fft possono essere nel range 1-10 MHz o superiore, un valore decisamente più ampio rispetto alle resolution bandwiths richieste dalle normative Cispr e Mil. Il ricevitore raccoglie i dati nella banda di acquisizione più ampia e li elabora utilizzando le appropriate resolution bandwiths definite dagli standard per garantire che le misure siano conformi alle specifiche delle norme. La scansione nel dominio del tempo risulta più rapida perché il dwell time definito dalle norme viene applicato una sola volta per ogni acquisition bandwidth. Al contrario, nella scansione nel dominio della frequenza, il ricevitore applica il dwell time per ciascun punto di misura. Un ulteriore risparmio di tempo con la tecnica del dominio del tempo si ottiene dal fatto che è necessario risintonizzare l’oscillatore locale del ricevitore molte meno volte rispetto alle scansioni nel dominio della frequenza, dove l’oscillatore locale viene risintonizzato ad ogni punto di misura. La metodologia della scansione nel dominio del tempo richiede comunque di rispettare i vincoli di accuratezza in ampiezza definiti nelle norme Cispr 16-1-1:2010 e Mil-Std-461. Per raggiungere l’accuratezza richiesta, si utilizza un elevato grado di overlap (circa il 90%) nel calcolare le Fft. Il ricevitore Emi deve anche garantire prestazioni elevate in termini di distorsione di ampiezza e su una larghezza di banda più ampia del segnale acquisito a frequenza intermedia. L’elevata sovrapposizione garantisce che i segnali impulsivi possano essere catturati e misurati accuratamente. La Fig. 2a mostra un segnale impulsivo nel dominio del tempo quando viene analizzato tramite trasformate Fft contigue o con un basso livello di sovrapposizione temporale. Se un segnale si manifesta all’ingresso del ricevitore al di fuori del periodo di una Fft, l’ampiezza del segnale riportata potrebbe risultare bassa o del tutto inesistente. La Fig. 2b mostra lo stesso segnale nel dominio del tempo quando viene analizzato con trasformate Fft ed elevato livello di sovrapposizione temporale: in questo caso c’è una probabilità molto più grande di catturare il segnale e di misurarne correttamente il picco di ampiezza. Le larghezze di banda utilizzate con l’acquisizione con la scansione nel dominio del tempo devono anche tenere conto delle larghezze di banda del preselettore a radiofrequenza e microonde. I filtri del preselettore limitano in banda l’energia Rf che può raggiungere il primo mixer del ricevitore, migliorando la gamma dinamica disponibile quando si misurano segnali impulsivi. Per garantire l’accuratezza in ampiezza della Fft durante la scansione nel dominio del tempo vi sono due modalità di controllo dei filtri del preselettore:

  • regolare la risposta in frequenza sulla larghezza di banda di acquisizione della Fft per compensare la risposta del filtro agli estremi della sua banda di lavoro;
  • ridurre la larghezza di banda di acquisizione massima della Fft affinché gli effetti della sua risposta in frequenza non aggiungano variazioni particolari alla risposta in frequenza del preselettore.

Ridurre il tempo di prescansione

Sono tre i principali elementi che influiscono sul tempo di esecuzione complessivo delle prove di conformità:

  • configurazione e installazione dell’apparecchiatura da provare;
  • prescansione per identificare le frequenze sospette prima della misura finale, compreso il tempo necessario ai movimenti dell’antenna, della tavola rotante e della scansione del ricevitore;
  • misura finale, compreso il tempo necessario ai movimenti dell’antenna, della tavola rotante, della scansione del ricevitore e delle misure su singole frequenze.

La configurazione e l’installazione delle apparecchiature da provare variano considerevolmente in base al tipo di sistema elettronico in esame e possono richiedere da meno di un’ora a oltre una giornata di lavoro. Il tempo di movimentazione dell’antenna varia in base al costruttore, ma tipicamente è intorno ai 5 secondi per ciascuna posizione dell’antenna. Anche il tempo per il movimento della tavola rotante varia in base al costruttore, ma il suo valore tipico è anch’esso di 5 secondi per una rotazione di 15 gradi. Il tempo della misura finale può variare notevolmente, in funzione del numero di frequenze nella lista dei valori sospetti e del tempo di permanenza richiesto per le misure da effettuare a ciascuna frequenza. La scansione nel dominio del tempo può far risparmiare una quantità di tempo significativa durante la fase di prescansione poiché il ricevitore deve sintonizzarsi sull’intera banda di misura. Ad esempio, quando si cercano frequenze sospette secondo le metodologie definite nella norma Cispr 16-2-3:2010, edizione 3.1, sezione 7.6.6, è necessario effettuare uno spazzolamento per ogni 15 gradi di rotazione della tavola e per entrambe le polarizzazioni dell’antenna collegata al ricevitore di misura (48 scansioni in tutto). Inoltre, potrebbe essere richiesta la scansione dell’antenna in altezza su tre livelli a ciascun azimut per ciascuna polarizzazione, per un totale di 144 scansioni del ricevitore. Per misurare le emissioni nello spettro da 30 MHz a 1 GHz, la lista delle frequenze sospette viene creata effettuando una prescansione con un rilevatore di picco, con quattro punti di misura per ciascuna larghezza di banda di risoluzione e un tempo di permanenza di 10 ms per ciascun punto di misura. Nel dominio delle frequenze, i ricevitori commercialmente disponibili eseguono questo tipo di scansione ogni 250 secondi circa, per cui il tempo totale per completare la prova di prescansione diventa di circa 10 ore. Utilizzando la scansione nel dominio del tempo, al ricevitore Emi N9038A MXE di Keysight servono circa 12 secondi per la medesima prova di prescansione, ricducendo il tempo di scansione totale a meno di 30 minuti. Si noti che in entrambi gli scenari il tempo complessivo per muovere antenna e tavola rotante è di circa 12 minuti per raccogliere 144 scansioni.

Applicazione corretta del metodo

La scansione nel dominio del tempo può essere anche utilizzata per risparmiare tempo per effettuare le misure con i rivelatori pesati definiti nelle norme Cispr: quasi-picco, valor medio Emi e valor efficace medio. La pesatura dei rispettivi tempi di carica e scarica dei filtri porta a tempi di scansione più lenti rispetto a quelli che si ottengono con il rilevatore di picco; ciononostante, si ottiene un tempo di scansione decisamente più rapido rispetto alle equivalenti misure effettuate con scansioni nel dominio della frequenza. Questa riduzione del tempo di scansione ha indotto alcuni esperti del settore a utilizzare i risultati delle scansioni nel dominio del tempo con i rilevatori pesati al posto delle misure finali. Anziché utilizzare l’ampiezza delle misure finali, tale approccio utilizza l’ampiezza del rilevatore pesato usato nella prescansione per determinare valori sospetti. Sfortunatamente, tale metodo non è allineato con le raccomandazioni delle metodologie di misura definite nelle norme Cispr 16-2-3:2010 edizione 3.1, sezione 6.5, che richiedono che l’ampiezza pesata di ciascun segnale venga monitorata affinché sia stabile. Per segnali instabili, le norme Cispr richiedono che le variazioni dell’ampiezza del segnale vengano monitorate per 15 secondi. Se le variazioni durante tale periodo fossero maggiori di 2 dB, allora il segnale andrebbe monitorato per un periodo più lungo, per garantire che il valore massimo di tutti i segnali venga catturato durante la scansione. Questo aumento del tempo di permanenza annulla i potenziali vantaggi ottenibili nella riduzione dei tempi di misura complessivi.

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