Wie erkennt man Fernfeldrauschen außerhalb eines zertifizierten EMI-Labors?

Für einige Hintergrundinformationen haben wir kürzlich ein Produkt zum EMI-Pre-Compliance-Test ins EMI-Labor gebracht und fast bestanden, aber wir haben einige Probleme im Bereich von 30 bis 100 MHz, die uns einfach von der Konformität abbringen. Leider konnten wir als kleines Geschäft bei Nahfeldtests mit unseren Messgeräten und Sonden nicht dieselbe Rauschquelle sehen, sodass es nur Vermutungen anstellt, das Problem zu lösen.

Wir haben versucht, eine bikonische Antenne zu bauen, und sie nimmt eine verstärkte Version des Rauschens auf, das unsere Sonden sehen, aber nicht das Rauschen, das im Testlabor zu sehen ist. Wir haben ein 100-MHz-Oszilloskop mit FFT-Fähigkeit und einen 1-3300-MHz-Spektrumanalysator, sind aber immer noch blind.

Kann jemand Vorschläge zu Ansätzen machen, die wir verfolgen könnten, oder etwas, das wir bauen könnten, um diese Sicht auf den Lärm zu bekommen, der sich uns entzieht?

Das Produkt hat mehrere Kabel, die die wahrscheinliche Ursache sind, aber ohne Mittel, um das Rauschen zu sehen und dann zu versuchen, es zu reduzieren, müssen wir zum Testlabor gehen, was sehr teuer ist.

Nachfolgend die Ergebnisse des Tests aus dem Testlabor. Wir versuchen, eine Klasse-A-Zertifizierung zu erhalten, stellen aber eine gewisse Marge sicher:

EMV-Konformitätsergebnisse

Der Test ist der FCC 30 MHz bis 1 GHz Test für Emissionen.

Das Folgende ist die Ausgabe des Spektrumanalysators von unserer gepflasterten Antenne in einer Entfernung von etwa 1-2 Metern vom Gerät, wie im folgenden Bild gezeigt.

Ausgang des Spektrumanalysators

Das abgebildete Gerät ist ein Ersatzgerät, da wir das Produktbild noch nicht veröffentlichen möchten.

physische Testkonfiguration

Dieses nächste Bild ist unser Oszilloskop und unsere Sonde. Das Spektrum ist an jedem Punkt so ziemlich die Grundlinie des Bodens, außer über der Stromversorgung, wo es leicht angehoben ist, aber auf einer anderen Frequenz als im offiziellen EMI-Labor.

Oszilloskop mit aktivierter FFT und Sonde

Wir verwenden den folgenden Spektrumanalysator, der für uns gut funktioniert hat, indem er einige durch die CPU und Oberschwingungen verursachte Spitzen reduziert und uns dabei geholfen hat, an diesen Punkt zu gelangen.

http://rfinstruments.com/SA0314.html

Die Antenne basierte grob auf Informationen aus den folgenden Links ohne die damit verbundene Bearbeitung:

http://everyspec.com/MIL-STD/MIL-STD-0300-0499/MIL-STD-461A_8679/

https://www.eevblog.com/forum/testgear/howto-calibrate-diy-emc-pre-compliance-antenna/

Wir konnten keinen Plan für eine Antenne finden, die genau für unsere Frequenz geeignet war, also hofften wir, dass es funktionieren würde, obwohl die Antennenfaktoren nicht gut zusammenpassten. Wir haben das WLAN recht deutlich beobachtet, aber es fehlt eine gute Quelle im 1-100-MHz-Bereich, mit der wir uns messen können.

Danke

Posten Sie Bilder der Ergebnisse und geben Sie den durchgeführten Test an.
Posten Sie Bilder Ihres Labors und des Testlabors, beschreiben Sie Ihren Testaufbau.
Was suchen Sie in Bildern des Labors und des Testaufbaus? Ich bin mir nicht einmal sicher, was ich liefern soll, das relevant wäre. Alles, was wir haben, sind EMI-Sonden, die wir um das Produkt herum bewegen, um nach Hotspots zu suchen. Das EMI-Testlabor ist das, wozu wir keinen Zugang haben, es sei denn, wir bezahlen.
Alles von Ihrer Antenne bis hin zu Ihrem Oszilloskop und der Software, die Sie für die FFT verwenden, ist das obige Bild aus dem Labor oder dem Test? Ich würde gerne Bilder von beiden sehen. Je mehr Informationen Sie uns geben, desto besser können wir Ihnen helfen. Ich laufe nicht in Ihrem Labor herum, ich kann nicht in Ihren Sachen herumstöbern, und ich kann ohne eine Schiffsladung davon kein Modell dafür entwickeln, was schief gehen könnte genaue Information. Oder ich könnte dir eine allgemeine Frage stellen und du würdest sagen: „Das wusste ich schon“
Was ich meine, sind Bilder von Laborergebnissen und Ihren Testergebnissen
Beachten Sie, dass sich die beiden Diagramme, die Sie zeigen, darin unterscheiden, dass eines auf einer logarithmischen Häufigkeitsskala liegt. Der Kamm aus schmalen Spikes ist wahrscheinlich Taktharmonik, sollte leicht auszusortieren sein. Können Sie das DUT ausschalten und einen Sweep durchführen und dann diesen Sweep von den gemessenen Daten bei eingeschaltetem Gerät subtrahieren? Sie werden wahrscheinlich bekannte absichtliche Strahler ausschalten wollen (WiFi, Handys und solche, die TDM machen, sind besonders problematisch). Manchmal ist es für solche Dinge hilfreich, einen Versandbehälter auf dem Parkplatz abzustellen, da sie relativ HF-dicht sind (insbesondere, wenn Sie etwas gegen die Türdichtungen unternehmen).
@DanMills Verstanden über den Unterschied im Skalenformat. Wir haben unsere Geräte nicht in das Protokollformat konvertiert. Es bietet kein Protokollformat, also müssen wir das manuell machen. Was den Unterschied betrifft, ob unser Gerät ein- oder ausgeschaltet ist, besteht das ganze Problem darin, dass wir nichts Auffälliges zwischen den beiden sehen. Das ist der Kern unseres Problems. Als wir entwickelt und Änderungen vorgenommen haben, um Taktrauschen zu eliminieren, gab es erkennbare Spitzen bei 480 MHz (2x die CPU), aber das untere Ende (< 100 MHz) zeigt nichts an.
Low-End ist normalerweise Kabelstrahlung, es sei denn, das Gerät selbst ist sehr groß, einfach weil die Wellenlänge so lang ist. Haben Sie beim Ausschalten die Stromversorgung gezogen oder einfach einen eingebauten Ausschalter an einem Gerät verwendet, das von einem Wandschalter gespeist wird? Haben Sie die leitungsgebundenen 9k-30MHz-Emissionstests bestanden? NF ohne klar definierte Spitzen sind oft Datenbusse, LCD-Panels und dergleichen, NF-Spitzen sprechen normalerweise für Schaltnetzteile, die ein besseres Layout benötigen.
Es ist definitiv zu erwarten, dass Kabelstrahlung das Problem sein wird, da es 2 90-cm-/35-Zoll- und 2 50-cm-/15-Zoll-Kabel in der Einheit gibt, die jedoch schwer zu beheben sind, wenn nicht erkennbar ist, welches das zentrale Problem ist. Wir haben keine leitungsgebundenen Emissionen vorgenommen, da das Gerät die 30-1000-MHz-Anforderungen nicht erfüllte. Das Gerät wurde komplett ausgesteckt, um das Boden- vs. Betriebsgeräusch zu messen.
Siehe Website von Henry Ott: hottconsultants.com/techtips/tips-cm.html Dort wird erklärt, wie Gleichtaktströme an Kabeln gemessen werden.
@Just_visiting Danke für den Hinweis, etwas Neues gelernt. Ist die Stromzange im Grunde dasselbe wie ein Stromwandler plus Kalibrierung? Ich habe mir eine Reihe von Websites angesehen und sie erwähnen nie den Preis, was normalerweise sehr teuer bedeutet. Haben Sie einen Ausblick auf die zu erwartenden Kosten? Außerdem sah ich, dass die meisten Einheiten für größere Strömungen ausgelegt waren. Wir haben 100mA bis 2A in unseren Kabeln.
@Jason eine Stromsonde ist im Wesentlichen ein Stromwandler oder es gibt einige Hall-Effekt-Sonden

Antworten (2)

Was Ihr HF-Setup angeht, habe ich keine Fernfeldantenne verwendet (die Verbindung, die Sie haben, ist cool, ich werde eine bauen), aber ich habe einige Nahfeldantennentests für die EMI-Vorabeinhaltung durchgeführt, was funktioniert halbwegs gut für große Geräuschquellen. Im Moment ist mein Begrenzer mein Tek-Oszilloskop (3000-Serie) und meine Antennen.

Ich vermute, Sie treffen sowohl mit dem SA0314 als auch mit der Oszilloskop-FFT auf Ihr Grundrauschen. Wenn das Grundrauschen des Instruments die größte Rauschquelle in Ihrem Setup ist, kann das Hinzufügen eines Verstärkers wie dem folgenden hilfreich sein.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Das Problem mit einem Verstärker ist, dass nicht jeder alte HF-Verstärker ausreicht, es sei denn, Sie kalibrieren ihn (und ich bin mir ziemlich sicher, dass die Kalibrierung Sie unter Beschuss der FCC bringen wird. Wie würden Sie einen Funkfrequenz-Sweep durchführen und Ihre Leistung niedrig halten? In einigen Bändern kann man überhaupt nicht senden)

Was Sie wollen, ist ein Verstärker mit einem flachen Passband, wie der oben gezeigte. Der obige gibt Ihnen eine Verstärkung von 30 dB und verzerrt Ihr Signal nicht zu sehr. (Eine andere Möglichkeit wäre, einen billigen HF-Verstärker mit einer nicht flachen Verstärkung zu kaufen und zu sehen, ob Sie damit über das Grundrauschen hinauskommen, dann können Sie den EMI-Verstärker bekommen.)

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Das zweite Problem ist die Kalibrierung selbst, jedes Element des HF-Systems von der Antenne hat eine Verstärkung und ein Durchlassband wie das oben gezeigte. Die Verstärkungen summieren sich alle im Frequenzraum, wenn sie Nullen oder Bereiche haben, in denen die Verstärkung viel niedriger ist, können diese Signale nicht gesehen werden (Beispiel: Wenn Ihre Antenne eine Null bei 300 MHz hat und dann bei -100 dB liegt Sie werden diese Frequenz nicht sehen). Sogar ein Durchlassband bei der Hälfte des Restes wird die EMI-Tests stören.

In einem normalen EMI-Labor wird jeder Teil des Systems charakterisiert und kalibriert, sodass sie genau wissen, wie viel Signal für jede Frequenz eingeht, wenn sie alle zusammengestapelt sind.

Sie könnten also den Verstärker bekommen, aber wenn die Verstärkung der Antenne oder des Spektrumanalysators drastisch unterschiedlich (nicht flach) wäre, könnten Sie Probleme haben, bestimmte Frequenzen zu sehen.

Ich habe mit ein paar Leuten gesprochen (und nicht um ein Verkäufer zu sein, aber), wenn Sie ein paar Tausend haben, ist der Weg, EMI-Tests durchzuführen, IMO von Tektronix mit ihrem RSA306B und dem Signal Vu, weil Sie Kalibrierungsprofile für generieren können jeden Teil Ihres Systems. Das ist das System, das ich mir für die Zukunft wünsche. Es ist jedoch mit 3.000 $ für den Spektrumanalysator und mindestens 1.000 $ für die Software teuer, wenn Sie so viel Geld haben, könnte diese Option der richtige Weg sein.

In Bezug auf EMI tragen Ferrite wesentlich dazu bei, Kabel vor strahlenden und leitungsgebundenen Emissionen zu schützen. Wenn ich Konformitätstests durchführe, gehe ich mit ein paar (oder Kabeln wie USB mit eingebauten Ferriten) Eine andere Sache, die ich wirklich mag, sind X2Y-Kondensatoren , die eine niedrige Induktivität haben, um hohe Frequenzen kurzzuschließen.

Die beste Ressource (die bereits erwähnt wurde) ist Electromagnetic Compatibility Engineering von Henry W Ott für jedes EMI-Problem.

Das sind meine zwei Cent, hoffe etwas davon hilft. Die Frage sieht toll aus.
Das Erreichen des Grundrauschens ist für die FFT auf dem Oszilloskop sehr sinnvoll, daher werden wir das Testen damit überspringen. Der SA0314 hat einen LNA, der ein- und ausgeschaltet werden kann, also werden wir damit spielen, um zu sehen, ob etwas knallt.

@Jason: Viele gute Kommentare und ich hoffe, du hast Fortschritte gemacht. Über die Fischer-Stromsonde: Es handelt sich um eine Hochfrequenzsonde, mit der Sie den Strom auf einem oder mehreren Drähten sehen können, die Strahlung verursachen könnten. Hier ist ein kurzes Video: https://www.youtube.com/watch?v=nqpQzOWzlK0

Wie bereits erwähnt, liegt die Ursache Ihres Strahlungsproblems wahrscheinlich in einem oder mehreren Kabeln; Die Stromsonde würde es Ihnen ermöglichen, diese Ströme zu finden und zu wissen, wann Sie sie eliminiert oder reduziert haben. Meine beste Schätzung des Preises liegt wahrscheinlich bei etwa 1,5 bis 2.000 US-Dollar, könnte also außerhalb Ihrer Reichweite liegen. Ken Wyatt hat jedoch einen Artikel über eine DIY-Sonde. Ich habe sie noch nie gebaut/verwendet, aber es könnte einen Versuch wert sein: https://interferencetechnology.com/the-hf-current-probe-theory-and-application/#

Ein paar andere Anmerkungen: Auf dem Bild Ihres Testaufbaus mit der Antenne sieht es so aus, als ob das Netzkabel zum Laptop in der Nähe der Antenne verläuft. Dies könnte dazu führen, dass die Antenne das von ihr abgestrahlte Rauschen aufnimmt. Lassen Sie den Laptop im Akkubetrieb laufen und entfernen Sie ihn von der Antenne. Verwenden Sie nach Möglichkeit ein längeres Kabel von der Antenne zum Analysatoreingang. Versuchen Sie sogar, das Licht auszuschalten, falls es Strahlung verursacht.

Die verwendete FCC-EMI-Testbandbreite beträgt 120 kHz, stellen Sie Ihren Analysator also auf diesen Wert oder einen ähnlichen Wert ein (normalerweise sind 100 kHz verfügbar). Und verwenden Sie "MAX HOLD", damit seltene Ereignisse erfasst werden können. Das Testlabor verwendet diese und "Quasi-Peak"-Messwerte (spezifische Attack- und Release-Zeiten).

Versuchen Sie schließlich, Ihre Antenne ganz nah an das zu testende Produkt heranzuführen, um ein stärkeres Signal zu erhalten und zu sehen, ob Sie dieselben Frequenzen sehen, die im Testlabor vorhanden waren.

Hoffe das hilft und viel Glück!

Danke für die Links und Anregungen. Werde sie in meine Bemühungen einbeziehen.
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