Современные ЭМП приемники для испытаний на ЭМС

Сравнение технических характеристик современных анализаторов спектра, применяемых для проведения испытаний на ЭМС по требованиям национальных стандартов и специальных требований

С.В. Зернов, М.В. Смолин

По мере развития различных современных систем, внедрения цифровых методов обработки информации и постоянно повышающегося быстродействия устройств, необходимо учитывать требования электромагнитной совместимости (ЭМС) на всех стадиях жизненного цикла любого радиоэлектронного и телекоммуникационного оборудования.

Требования по ЭМС в международных стандартах представляют собой, в общем случае, требования устойчивости функционирующего по назначению аппарата к воздействию на его порты электромагнитных помех конкретных видов и, с другой стороны, нормы излучаемых электромагнитных помех, создаваемых функционирующим аппаратом на его портах или излучаемых по пространству.

Для получения результатов исследований и измерений, адекватно отражающих высокочастотные процессы, пригодных для их дальнейшей обработки, необходимо использовать современную аппаратуру, имеющую возможности для сбора, обработки и анализа полученной информации.

Требования международных, национальных, отраслевых, корпоративных стандартов на промышленную, бытовую, оборонную и другую продукцию, в соответствии с которыми, необходимо проводить испытания технических средств, для различных видов продукции, в основном различаются допустимыми значениями уровней создаваемых воздействий и частотным диапазоном, в котором необходимо проводить измерения помехоэмиссии. Для проведения испытаний различных видов оборудования, в соответствии с требованиями стандартов имеются нормативные документы, которые регламентируют характеристики испытательного оборудования и средств измерений, используемых для оценки характеристик ЭМС и ЭМП; проводимых аккредитованными испытательными лабораториями.

Основными производителями приемно-анализирующей аппаратуры, для проведения испытаний по требованиям национальных стандартов и документов, содержащих специальные требования на соответствие параметров ЭМС и ЭМП в части измерения помехоэмиссии и проведения испытаний на помехоустойчивость технических средств, являются компании «Rоhde & Schwarz», «PMM Narda STS», «Agilent Technologies». Эти компании зарекомендовали себя как производители современных, эффективных и высокотехнологичных приборов, которые могут применяться в широкой области научной деятельности и производства. С помощью применения приборов этих производителей, возможно решить множество сложных технических задач.

Для выполнения современных требований при проведении измерений уровня радиопомех и уменьшения времени измерений, ГОСТ рекомендует использовать анализаторы сигналов или измерительные приемники. Анализаторы спектра, внедряются в практику радиотехнических, электронных измерений, а так же в системы тестирования электронных компонентов и радиоэлектронной аппаратуры. В настоящее время выпускается множество моделей как портативных, так и стационарных анализаторов спектра с верхним диапазоном по частоте до 300 ГГц. Требования на некоторую аппаратуру, в зависимости от максимально возможной рабочей частоты, регламентируют измерения в частотном диапазоне до 18 ГГц.

            Современная унифицированная элементная база анализаторов спектра позволяет строить приборы с частотным диапазоном от 9 кГц (иногда и ниже) до 3–6 ГГц. Такие анализаторы часто оснащаются трекинг-генераторами и другими опциями, например, анализаторы спектра могут иметь различный набор полос пропускания, разные уровни внутренних шумов, чувствительности  и значение динамического диапазона, возможность питания от аккумуляторных батарей для автономного питания. Анализаторы, имеющие более широкий частотный диапазон и содержащие дополнительные опции, имеют более высокую стоимость.

            Аппаратура, которая позволяет проводить измерения уровня помех, по требованиям нормативных документов в полном объеме, должна иметь основные технические характеристики, регламентированные ГОСТ 30805.16.1.1-2013 (CISPR 16-1-1) “ Совместимость технических средств электромагнитная. Требования к аппаратуре для измерения параметров индустриальных радиопомех и помехоустойчивости и методы измерений. Часть 1-1. Аппаратура для измерения параметров индустриальных радиопомех и помехоустойчивости. Приборы для измерения индустриальных радиопомех: Рабочий диапазон частот 9 кГц — 18 ГГц». Нормативный документ введен в действие с 01.01.2014 года.

При использовании этих приборов, необходимо учитывать основные технические характеристики, такие как перегрузка, линейность, импульсная характеристика, скорость развертки, чувствительность, точность измерения амплитуды, а также особенности регистрации прерывистых сигналов и применения пикового, квазипикового детекторов и детектора средних значений.

Для примера, можно более подробно рассмотреть основные технические характеристики, анализаторов спектра, таких как Agilent N9038A MXE, производства «Agilent Technologies», R&S ESR производства «Rоhde&Schwarz» и новую модель измерителя параметров ЭМС PMM 9010Fast, производства «PMM Narda STS».

Эти анализаторы спектра относятся к анализаторам спектра среднего класса. Они внесены в государственный реестр как средства измерений, с определенными метрологическими характеристиками, это дает возможность использовать их в аккредитованных испытательных лабораториях для измерения уровня радиопомех по требованиям действующих нормативных документов. Приборы имеют возможность работы в двух режимах, таких как анализаторы спектра, и как анализаторы сигналов

Все они могут дополняться необходимыми опциями для расширения области применения и улучшения технических характеристик. Такие приборы, являются мощным инструментом для разработчиков радиотехнической аппаратуры и исследователей высокочастотных сигналов.

Анализатор электромагнитной совместимости электротехнического и электронного оборудования Agilent N9038A MXE

Внешний вид анализатора ЭМС Agilent N9038A MXE представлен на Рисунке 1.

Рисунок 1. Внешний вид анализатора ЭМС Agilent N9038A MXE

 

Ключевые факты «Agilent Technologies»

В приборе Agilent N9038A MXE увеличены показатели входной чувствительности.  Средний уровень собственного шума прибора составляет  - 163 дБм на частоте 1 ГГц. Такая превосходная входная чувствительность возможна только в современных анализаторах

Анализатор Agilent N9038A MXE полностью соответствует стандарту CISPR 16-1-1, рекомендованному Международной Электротехнической Комиссией, который охватывает измерительные приемники кондуктивных и излучаемых помех, используемые для тестирования электромагнитной совместимости (ЭМС) электротехнических и электронных устройств. Основные характеристики прибора представлены в Таблице 1

Чрезвычайно низкая погрешность измерений, выполненных с помощью анализатора Agilent N9038A MXE, равная ± 0,78 дБ, превышает требования CISPR 16-1-1 2010.

Встроенный набор диагностических средств содержит измерители, списки сигналов и измерений, маркеры, растяжку экрана и режим спектрограммы, которые облегчают контроль и исследование сложных сигналов. Прибор Agilent N9038A MXE - это не просто приемник, он, по существу, является анализатором сигналов серии Х, который может выполнять ряд измерительных функций, например измерение фазового шума.

Усовершенствование анализа паразитных излучений позволяет инженерам и консультантам, занимающимся тестированием ЭМП, прорабатывать тонкие детали сигнала и получать наиболее полное представление об испытуемых изделиях.

Таблица 1 Основные характеристики Agilent N9038A MXE

Частотный диапазон: от 20 Гц до 26,5 ГГц; Полоса анализа: 10 МГц (стандартная) или 25 МГц; Полоса пропускания: от 1 Гц до 8 МГц (с шагом 10 %); Полоса стандарта CISPR (-6dB): 200 Гц, 9 кГц, 120 кГц, 1 МГц; Абсолютная точность измерения амплитуды: ±0,75 дБ; Пределы ослабления входного аттенюатора от 0 до 70 дБ с шагом 2 дБ; Интермодуляционные искажения третьего порядка (TOI): +17 дБм; Отображаемый уровень усредненного шума(DANL): -163 дБм; Температурный диапазон (рабочий): от 0 до + 55 °C; Габаритные размеры (В*Ш*Г):177мм*431мм*535мм; Вес (без упаковки): 24 кг.

 

Измерительный приемник ЭМП, анализатор сигналов и спектра Rohde&Schwarz ESR 26

Внешний вид измерительного приемника Rohde&Schwarz ESR 26 представлен на Рисунке 2.

 

Рисунок 2. Внешний вид измерительного приемника Rohde&Schwarz ESR 26

Ключевые факты «Rоhde & Schwarz»

Измерительный приемник ЭМП и анализатор сигналов и спектра объединены в единый прибор. Соответствует требованиям CISPR 16-1-1.

Предварительная селекция со встроенным предварительным усилителем 20 дБ

Полосы разрешения в соответствии со специальными требованиями CISPR, десятичные шаги от 10 Гц до 1 МГц

Исключительно быстрое сканирование во временной области в дополнение к обычному пошаговому сканированию по частоте.

Снятие спектра в реальном масштабе времени в полосе обзора до 40 МГц обеспечивает подробный анализ сигналов помехи.

Отображение во временной области с высоким разрешением (50 мкс)

Автоматические тестовые процедуры.

            Измерительный ЭМП-приемник R&S®ESR назван журналом EDN, выпускаемым UBM Tech, одним из лучших ста изделий 2012 года. Основные характеристики прибора представлены в Таблице 2

Перечень ста лучших изделий 2012 года EDN Hot 100 выделяет наиболее важные продукты года в сфере электронной промышленности на основе инновационных решений, важности, полезности и популярности. Производство приемника R&S®ESR было начато в августе 2012 года.

Благодаря широкополосной архитектуре новый измерительный ЭМП-приемник позволяет проводить стандартные измерения ЭМП до 6000 раз быстрее, чем другие  аналогичные системы. Комплексные диагностические инструменты, такие как отображение спектрограмм, анализ спектра в режиме реального времени и анализ ПЧ, позволяют разработчикам обнаружить и устранить ЭМП.

Благодаря интуитивно понятному интерфейсу на основе сенсорного экрана приемник R&S®ESR исключительно прост в эксплуатации

Использует коммерческую операционную систему.

Таблица 2 Основные характеристики R&S ESR 26

Частотный диапазон: от 9 кГц до 26.5 ГГц; (от 10 Гц – опция) Полоса анализа: 20 МГц, (стандартная); 28 МГц или 40 (опции); Полоса пропускания: от 10 Гц до 10 МГц (с шагом кратным 1/2/3/5); Полоса стандарта CISPR (-6dB): 200 Гц, 9   кГц, 120 кГц, 1 МГц (стандартная) ; (10 Гц, 100 Гц, 1 кГц, 10 кГц, 100 кГц опция) Абсолютная точность измерения амплитуды: ±0,67 дБ; Пределы ослабления входного аттенюатора от 0 до 70 дБ с шагом 10 дБ; Интермодуляционные искажения третьего порядка (TOI):  + 15 дБм; Отображаемый уровень усредненного шума(DANL): < – 160 дБм; Температурный диапазон (рабочий): от +5 °C до +40 °C; Габаритные размеры (В*Ш*Г): 412 мм × 197 мм × 517 мм; Вес (без упаковки): 14.6 кг.

Измеритель параметров ЭМС PMM 9010Fast

Внешний вид цифрового приёмника радиопомех PMM 9010Fast представлен на Рисунке 3.

 

            Рисунок 3. Внешний вид цифрового приёмника радиопомех PMM 9010Fast

Ключевые факты «PMM Narda STS»

Современный цифровой приёмник радиопомех с частотой до 30 МГц является базовой системой. Основанный на непосредственном аналого-цифровом преобразовании и глубокой математической обработке, он может обеспечивать стабильную работу всех основных компонентов, таких как: широкополосных фильтров, преселекторов, детекторов с очень высокой скоростью обработки. В то же время входной каскад измерительного блока калибруется самостоятельно с помощью внутреннего генератора высокоточных сигналов, что позволяет существенно сократить время внутренней калибровки и повысить точность измерений.

Уникальная компактность и малый вес:

 - 3,5 кг, базовый блок PMM 9010Fast с возможностью работы от батареи

 - 2 кг высокочастотные модули (PMM 9030, PMM 9060, PMM 9180), работающие от батареи.

Время работы от аккумуляторной батареи, в зависимости от режима работы, может составлять до 8 часов.

Основные характеристики цифрового приемника PMM 9010Fast представлены в Таблице 3.

Таблица 3 Основные характеристики PMM 9010Fast

Частотный диапазон: от 10 Гц да 30 МГц; (до 18 ГГц – за счет модулей расширения частотного диапазона) Полоса анализа: 30 МГц Полоса пропускания: от 100 Гц до 3 МГц (с шагом кратным 1/2/3/5); Полоса стандарта CISPR (-6dB): 200 Гц, 9 кГц, 120 кГц, 1 МГц (стандартная) ; (10 Гц, 100 Гц, 1 кГц, 10 кГц, 100 кГц опция) Абсолютная точность измерения амплитуды: ± 1,5 дБ; Пределы ослабления входного аттенюатора от 0 до 55 дБ с шагом 5 дБ; Интермодуляционные искажения третьего порядка (TOI):  + 15 дБ; Отображаемый уровень усредненного шума (DANL): < – 122 дБм; Температурный диапазон (рабочий): от +15 °C до +25 °C; Габаритные размеры (В*Ш*Г) основной блок: 335 мм × 235 мм × 105 мм; Блоки расширения: 235 мм × 105 мм × 105 мм; Вес (без упаковки): основной блок: не более 4,95 кг; Блоки расширения: не более 2,2 кг;

Основной отличительной особенностью прибора PMM 9010Fast является использование новейшей технологии приема, и обработки цифровых сигналов в реальном времени. Благодаря своей инновационной архитектуре и высокой скорости обработки сигналов, прибор имеет возможность существенно уменьшить время, необходимое для получения результатов измерений, расширить границы анализа исследуемых сигналов, что дает существенное повышение производительности и области применения измерительной системы.

Прибор имеет оптический канал связи между основным базовым блоком измерения и блоками расширения, подключаемых дополнительно. Нет необходимости использовать специализированный высокочастотный коаксиальный кабель с малыми потерями для подключения  или других устройств к приёмнику.

Аппаратное и микропрограммное обеспечение разработано в соответствии с действующими стандартами на электромагнитную совместимость, программное обеспечение может быть обновлено при изменении стандартов в будущем.

Полная совместимость с последней редакцией стандарта CISPR 16-1-1, Имеет детекторы пикового, среднего и среднеквадратичного значения в стандартной комплектации и все необходимые полосы пропускания. Так же, в стандартный набор включена функция APD (Распределение вероятностей амплитуды).

Все характеристики широкополосных фильтров полностью соответствуют требованиям стандарта CISPR 16-1-1

Встроенный следящий генератор сигналов с частотой до 30 МГц (PMM 9010Fast)

Многорежимные функции: развёртка, анализатор спектра, скалярный анализатор сигнала, ручной режим исследования сигнала.

Гибкость и простота использования прибора для любых типов измерений, при автономной работе, или интеграции с системами под управлением персонального компьютера.

Рентабельное, модульное решение, позволяющее изменять конфигурацию системы, при изменении потребностей пользователя.

Ручной, полуавтоматический и полностью автоматический режимы тестирования.

Питание от сети переменного тока или от батареи для максимальной гибкости при использовании в различных условиях.

Очень быстрая работа во всех режимах при проведении измерений помех или исследований характеристик сигналов.

Отсутствие внутри коммерческих операционных систем.

 

В заключении статьи можно сказать, что представленные приборы имеют технические характеристики очень высокого уровня, которые увеличивают скорость регистрации, преобразования и обработки сигналов, что позволяет, в более широком спектре, проводить различные исследования радиочастотных сигналов.

Особенно хочется отметить, что применение нового принципа измерения исследуемых сигналов и реализация инновационного, основанного на самых передовых на сегодня возможностях обработки данных в приборе “Измеритель параметров ЭМС PMM 9010Fast” компании «PMM Narda STS» дает ряд преимуществ, которые выгодно отличают его от аналогичных приборов. Это позволило существенно уменьшить габариты, вес, увеличить скорость измерений, повысить функциональность прибора, и получить для пользователя доступный по цене, эффективный инструмент для измерений и исследований высокочастотных сигналов.

Абсолютно новое, очень перспективное техническое решение проблемы передачи сигналов между первичными преобразователями и основным блоком измерения модели анализатора “Измеритель параметров ЭМС PMM 9010Fast” компании «PMM Narda STS».. Применение оптоволоконного кабеля, заменяющего стандартный радиочастотный кабель, дает большое количество преимуществ, при построении высокочастотных измерительных систем. Системы измерений, построенные с использованием такого решения, абсолютно не имеют потерь истинного значения измеряемого сигнала, не подвержены искажениям или дополнительным паразитным наводкам в соединяющем кабеле, при работе в условиях высоких электромагнитных помех или измерения высоких уровней сигналов.

Используя дополнительные модули расширения и преобразования сигналов этого производителя, появляется возможность построения измерительных систем радиочастотных сигналов, которые не только имеют технические характеристики, по значениям, не уступающие характеристикам измерительных систем производства мировых лидеров измерительной техники, но и более защищенных, гибких и имеющие более компактные габариты, и малый вес. А такие технические возможности значительно расширяют область применения и спектр использования аппаратуры.

Список литературы:

1. Сайт производителя Agilent N9038A MXE http://www.home.agilent.com/

2. Сайт производителя Rоhde & Schwarz ESR 26 http://www.rohde-schwarz.com/

3. Сайт производителя PMM 9010Fast  www.pmm.it

4. Межгосударственный совет по стандартизации, метрологии и сертификации стран СНГ (ГОСТ 30805.16.1.1-2013) http://www.easc.org.by/