摘要: 确定天线特性的唯一方法是测量它,因为理论本身不能预测实际结果。天线产生的场非常复杂,因为它们与环境中的一切相互作用。
确定天线特性的唯一方法是测量其性能,因为仅凭理论无法预测实际结果。天线产生的磁场极其复杂,因为它们与环境中的一切相互作用。考虑到这种复杂性,如果您使用经验丰富且经过认证的天线实验室来处理测试、标准及其细微差别,那么天线测量和分析将更加成功。
本文是远程无钥匙进入(RKE)应用的天线理论和设计两部分分析的第二部分。本文的第一部分,小环天线:第1部分-仿真和应用理论,解释了天线分析的复杂性,给出了几个仿真测试,讨论了测试结果,并比较了短环或开环天线设计的优点和局限性。本文是我们讨论的第二部分,重点是实际的天线现场测试,其中包括FCC对设备认证所需的一些技术和测试参数。使用第一部分中介绍的Maxim天线板,进行了室外“真实世界”现场测试。第一部分给出的理论结果与实际现场试验数据进行了比较。
本文没有描述如何进行实际的FCC测试;那远远超出了讨论的范围。相反,我们的目标是帮助读者理解在测试设备时可能出现的设计和环境问题。简而言之,这篇文章是为了帮助成功的FCC认证。
作实地试验方法
1.1. 测试范围
1.2. 校准
1.3. 峰值场校准
1.4. 极化的考虑
1.5. 估计3米的场强
1.6. H和V极化之间的场变化
1.7. 考虑近场地面反弹(3m)
1.8. 天线系统的伪一致性测试
1.9. 传感天线因子与参考测量误差估计
测量被测设备(DUT)
2.1. 不匹配的问题
2.2. DUT输出功率(P天线)
2.3. 测试夹具和测试矩阵
峰值现场测量
3.1. 测量数据
总结
4.1. 一般
4.2. 结论
用于测试Maxim天线(图1)没有进行深入的FCC认证测试。相反,我们的方法是在不使用消声室的情况下,根据第一部分的模拟结果验证天线性能。当我们在专业天线范围内进行测试时,测试环境和设置测量可以通过使用商业木材和常用的射频实验室设备在开放的场地中重复。为了确保这些测量结果非常实用,我们希望DUT能够“看到”它在实际使用中遇到的相同的地面反射。我们还模拟了FCC对测试场地的要求,特别是具有地面反射的开阔场地,不同的天线高度,DUT和接收天线之间的水平距离为3米。
图1所示。3m参考测量。
FCC符合性测试旨在确保设备发射器的任何发射的场强在给定距离内不超过规定的场强。发射可以来自有意的(发射机)和无意的(杂散、谐波、数字噪声)r,这些发射的限制根据应用和设备类型而有很大差异。我们的实验方法只测量了天线的特性,而不是无意的。
如上所述,FCC合规性测试侧重于距离设备3m处的峰值排放。在某些情况下,发射测试参考距离为10米;其他发射测试测量功率与场强的比值。附录A描述其中的一些关系。无论是发射基准,距离或场强,都可以在一个基准测量,并计算到另一个基准。为简单起见,我们所有的测量都是在3米的高度进行的。
在测量DUT时涉及两个天线:一个来自DUT,另一个来自传感天线。我们测试中的传感天线是一个宽带,UHF对数周期天线,它占用了面向RKE设备的空间。因此,设备和接收(感应)天线之间的3米距离不是绝对精确的。此外,感测天线是具有参考增益和物理参考点的校准参考。天线实际上有两个明确标记的参考点,一个靠近物理中心,另一个在天线的末端。测试的参考点根据遵从性测试的类型而不同。图2结果表明,在这些场强测量中,参考点位于天线的中心附近。参考点通常位于天线的末端,用于抗扰性测试。
图2。感应天线示意图。
对于测试设置(图3一和3 b), DUT被物理固定在一个旋转平台上,以代表其实际应用。天线测量是在室外进行的,没有使用消声材料。金属板覆盖了整个旋转平台和外部地面区域,提供了一个近乎完美的地面,远远超出了测试区域。直径约为3米的旋转平台,每隔20度安装一个刷子,以确保它与面积约400平方米的外部地面连续接地。
图3a和3b。测试范围设置条件。
感应天线安装在一个在Z轴上移动的支架上,并在测试室内进行远程控制。这个支架上的所有东西都是由非导电介质(玻璃纤维型材料)制成的,包括螺丝,所以没有干扰现场测量。感应天线也可以垂直旋转(如图图4)或水平极化。
图4。感应天线(垂直极化)安装在可变z轴桅杆上。
位于大约40米远的地方,一个测试室远程控制天线并测量感应天线接收到的信号。在我们的案例中,我们只使用安捷伦频谱分析仪作为接收器(图5). 当旋转平台转动时,软件驱动一个自动系统记录感应天线的功率。由于我们的DUT只是一个天线,因此信号发生器提供了足够的功率来确保接收器具有良好的信噪比。实际的输出并不重要,因为一切都与偶极子有关;在我们的例子中,我们将发电机设置为16dBm。实际上,DUT可能包含发射器,因此不存在同轴电缆干扰测量的问题。在我们的例子中,我们使用了同轴电缆,其影响可以在天线图上看到,并且看起来很像第一部分中的模拟。
图5。测试范围和测量系统。
由于各向同性的r不存在,最接近和最简单的形式类似于各向同性天线是偶极子。偶极子很容易构造,也很容易理解,包括它与各向同性源的理论差异。在天线书籍中通常描述两种类型的偶极子:理想偶极子和半波偶极子。理想的偶极子远场在数学上表示为一个完美的无空穴甜甜圈,它不考虑沿偶极子元素的实际电流分布。由于偶极子是一个无孔的甜甜圈,它在元件的轴线上没有场,也没有垂直于天线的最大场。
如果我们给一个偶极子和各向同性的r体提供相同的能量,更多的能量会垂直地集中在偶极子上,因为在两端没有能量存在。由于磁场已经从一个完美的球体修正,偶极子将具有指向性,并且据说比各向同性源有增益。理想偶极子的理论增益在各向同性上为1.76dB¹。理想偶极子是另一种数学模型,与半波偶极子不同。半波偶极子是实际物理偶极子天线的更现实的表示(见图6),因为它是根据元件的电流而不是从理想的数学偶极子模型建模的。从理论上讲,半波偶极子的校准标准将比各向同性r器有2.15dB²增益。我们将使用这个测量作为参考。
图6。比较半波和各向同性远场模式。
半波偶极参考有伸缩元件,每端调整到1/4 λ。偶极子与检测天线安装在同一极化上,测量偶极子参考天线,为被测件测量时提供参考依据。看到图7.
图7。超高频高频段和低频段参考偶极子。
用被测物代替参考偶极子,使被测场相对于半波偶极子有增益或损失。为了确定测量的场相对于各向同性源是什么,从作为偶极子参考的测量值中去除2.15dB:
功率(dBd)半波偶极子- 2.15dB =功率各向同性源(dBi)
天线侧瓣和地面反弹是天线校准和测试时必须考虑的两个主要因素。校正工作是根据参考偶极子的峰值测量结果,将感应天线延伸至太空,并记录峰值(图8). 通过这样的校准,系统中的所有损耗和传感天线的任何增益都被消除了,因为场测量都是相对于半波偶极子的峰值场。
图8。校准参考偶极子的干涉。
校准必须在垂直和水平极化中进行,因为导电地面会反射不同的场。
下一个问题是感应天线的旋转模式。虽然主瓣是宽的铅笔波束,但任何定向天线都可能存在显著的副瓣。
图9。地面上霍兹LP的谐波性能。
图9说明了当由相对于阵列的短波长驱动时,等效对数周期在地面上的传感天线模拟。随着波长的延长,侧瓣变得不那么尖锐和弱。图9中的仿真仅说明了感测和参考之间的侧瓣;它不是对实际使用的日志周期的模拟。F是基频,2F和3F分别是在LP设计之上的第二和第三次谐波,距离地面大约一个波长。Z轴上的磁场,同样是地面的影响。
图10。求峰值场强。
图10比较了偶极子测量峰值场时LP检测天线的垂直位置与仿真和实际测量结果的对比;它说明了侧叶和地面效应的影响。最大天线增益的直接路径组合相互优化时会出现两天线间的峰值。注意,在照片中,偶极子是垂直极化的,感觉是水平的。实际上,两个天线将处于相同的极化。为了校准的目的,高度是不重要的,除了找到峰。然而,重要的是要注意,感觉可以远远高于参考或DUT。一旦确定了峰值,参考偶极子在平台上旋转360度以获得参考值(表1). 检测天线保持固定在如图10所示的升高高度。
图10说明了场瓣如何影响Tx和Rx。实际上,场瓣的影响要复杂得多,因为如图10所示,波在空间中不会在峰值瓣接触的地方发生折射。当优化DTX和DRX的增益组合时,最大的能量传输发生在Tx和Rx天线之间的直线路径上,在高度h处产生3m r al距离处的峰值信号。此时,对天线实现感测天线的峰值信号,并旋转参考或DUT以获得相对于“绘图平面”的天线图图11.
图11。在两个天线之间产生的峰值场。
由于参考天线和偶极子的场图相对于频率的表现不同,所以对谐波也必须重复这个过程。偶极子在谐波处有伪叶和额外增益。因此,偶极子将不得不重新调整,以保持1/2 λ在所有测量频率。使用的参考偶极子是用伸缩元件建造的,这样就可以手动调整到测量的波长。如果波长超出了它的伸缩范围,就使用下一个尺寸的偶极子。参见上面的图7。
以下是用于天线测量的实际校准因子的图表。表1中的所有条目都是在50欧姆测试屋的测量值。
表1。校正因子参考值
频率 (MHz) | 团体创 (dBm) | 偶极子Rx能级 (垂直偶极子) (dBµV) | 偶极子Rx能级 (水平偶极子) (dbµV) | 各向同性因素 | |
V | H | ||||
315 | 16 | 96.9 | 98.4 | 94.7 | 96.2 |
433 | 16 | 94.9 | 94.7 | 92.7 | 92.5 |
630 | 16 | 89.1 | 92.2 | 86.9 | 90.0 |
866 | 16 | 88.2 | 86.9 | 86.0 | 84.7 |
偶极子Rx电平是频谱分析仪从50欧姆中的Tx参考偶极子测量的射频电压。从实际测量值中减去2.2dB得到的接收电平就好像是各向同性Tx源。
各向同性因子= Rx电平偶极子- 2.2dB产生相对于各向同性天线的Rx电平。
为了得到场强值,还必须考虑天线因素、自动对焦和同轴损耗,所有这些都将在后面解释。
水平极化波(H)、垂直极化波(V)和圆极化波(C)都是椭圆极化波的特殊情况,其中V或H分量等于零,或者V和H分量彼此相等。然而,V、H或C通常不被称为“椭圆”;除了V、H和C以外的任何情况都被归为椭圆。
对于不太完美的天线在使用过程中出现的极化,有两个主要的考虑因素。首先要考虑的是,空间中任何不完全对称的三维物体,都会在其不对称处产生电压差。
图12。微椭圆极化场的激发。
第二个考虑是,当沿着一个轴看一个物体时,这个物体也可以沿着另一个轴从另一个角度看。一个例子是从线性极化参考偶极子的角度向下投射的感应天线图12。偶极子元素有水平分量和垂直分量。感应天线在H或V位置接收的能量不仅取决于天线的不对称性,还取决于感应天线相对于参考或DUT的“观察角度”。看到图13.
图13。感觉极化是视角的函数。
幸运的是,我们只关注偶极子标准下的峰值场;DUT和偶极子所共有的任何系统损失或误差都将被取消。这使得测量更加简单,因为所有的东西都参考了垂直或水平半波偶极子。关键的一点是,虽然H和V天线测量完成,意想不到的交叉或相反极化场可能存在。
虽然估计场强对参考偶极子并不重要,但当我们以μ V / m讨论时,它确实有助于估计理论场。如果不充分了解被测体整个表面周围的场强,就不可能估计出被测体的场强。这对于偶极例子来说是很容易理解的,因为我们可以从假设各向同性源开始,然后在各向同性的基础上增加2.15dB的方向性增益。
考虑到附录A,则3m场强为:
表2描述了由16dBm的信号发生器驱动的偶极子的计算场强。
表2。自由空间中F和2F处100%有效半波偶极子的最大场强
图14。地面偶极方向性对H和V极化的影响。
垂直天线产生的电场将小于水平天线(H偶极子)产生的电场,因为能量在360度上旋转。由于能量完全分散在其垂直轴上,地面反弹(V偶极子)的影响也减小了。对于水平天线,峰值场垂直于偶极子;部分峰场指向地面,并被地面反射。结果是方向性增益更高,地面反弹干扰更大。因此,同时进行V和H场测量(图14).
估计近(3米)场的地面反弹有两个重要的考虑因素。首先,表2中的场强来源于各向同性源,因此偶极子也参考自由空间。地面影响磁场,并通过反射能量使磁场变得更强,如图10所示。EZNEC软件可以估计近场和远场的场强,如下图所示,模拟了自由空间中的完美偶极子和距离地面1米的半波偶极子在300MHz (15的数据和16). 还要注意的是,垂向天空的发射角度对天线在地面上的高度非常敏感。
其次,0.4V/m等于400,000 μ V/m,这大大高于FCC在第15.231部分所允许的,即使是在自由空间情况下(参见附录B). 地面的反射只会让情况变得更糟。然而,常见的发射机部件在7dBm到13dBm之间,这些部件并不违反FCC规则,因为RKE设备的天线效率在5%左右,由于体积小而非常差。低效率产生-13db的功率损耗,从而使设备符合FCC要求。由于偶极子效率非常好,甚至接近100%,因此产生了高场强值。
为了考虑315MHz和433MHz时地面反弹对场强的理论影响,包括二次谐波,NEC估计近场为3m。分析考虑了表2中的实际射频电平,该电平传递到距离地面1m的参考偶极子上。
图15。EZNEC模拟了霍尔兹偶极子在3m处的场强作为高度(Z)的函数(315MHz和630MHz)。
图16。EZNEC模拟了霍尔兹偶极子在3m处的场强作为高度(Z)的函数(433MHz和866MHz)。
由图15和图16可以看出,自由空间中的理想偶极子与地面反弹产生的峰值场之差为:
由于地面反弹的增益依赖于两个正弦波前的和,因此在不同频率上增益将不相同。此外,随着天线离地高度的增加,直接波和反射波减少1/r²,但它们在目标处的组合减少1/r(4)。近场和远场之间的NEC仿真结果通常显示远场增益比近场增益大1dB左右。表3H和表3V的结果是在近场(3m)。
表3 h。近场模拟地面反弹产生的距离地面1m的偶极子RMS峰值场强(H极化)
表3 v。近场模拟地面反弹产生的3米偶极子RMS峰值场强,中心距离地面1米(v极化)
注意:表3和本文件其他地方提供的场强数据仅供说明之用;这些数据不够准确或全面,不足以确定潜在的有害电磁暴露。
如果我们要对315MHz和433MHz的天线测量使用遵从掩模,我们将不得不在附录b中插入场强最大值。通过将频率代入公式,下面的公式为表4和表5是意识到。
表4。第15.231部分315MHz在3m处的插值场强
发射类型 | 基本µV/m和dBµV的场强 | 杂散µV/m和dBµV的场强 |
超过周期 | E(uV/m) = 2417 E(dB(uV/m)) = 67.7 | E(uV/m) = 241 E(dB(uV/m)) = 47.7 |
周期 | E(uV/m) = 6042.7 E(dB(uV/m)) = 75.6 | E(uV/m) = 604.2 E(dB(uV/m)) = 55.6) |
表5所示。第15.231部分插补场强433MHz在3米
发射类型 | 基本µV/m和dBµV的场强 | 杂散µV/m和dBµV的场强 |
超过周期 | E(uV/m) = 4384.8 E(dB9uV/m) = 72.8 | E(uV/m) = 438.5 E(dB(uV/m) = 52.8) |
周期 | E(uV/m) = 10960 E(dB(uV/m)) = 80.8 | E(uV/m) = 1096 E(dB(uV/m)) = 60.8 |
使用表3中的峰值字段并将其作为FCC合规性的示例,我们将表4和表5中的列3转换为µV/m和dBµV in表6和6 b.
表6。超周期伪顺应的例子(H和V极化)
表6 b。周期伪顺应的例子(H和V极化)
当考虑到地面反弹的影响并确保符合FCC 15.231的要求时,表6B显示,高效半波偶极子的发射必须减少约33dB至49dB的基波和54dB至69dB的谐波。同样的调整适用于垂直极化的情况下;由于垂直天线360°全向图的增益比双向偶极子的增益低,因此发射水平较低。
频谱分析仪测量接收功率,可以很容易地计算出测量电压,假设50欧姆如表1所示。然而,表2中的发射功率或场有多少被接收天线捕获并不简单。为了使表1与表2相等,其关系将是天线范围的链路损耗与天线因子AF(E) (LP感测天线的每V或1/m为1V/m)。天线因子作为一种将网络理论应用于场理论的实用方法,在电磁兼容现场测量中得到了广泛的应用。
G(蚂蚁)=感应LP天线的线性增益:
(孔)=考虑失配和天线效率的实际天线孔径。
以dB为单位:
由于天线捕获E场并将其转换为50欧姆系统中测量的电压,因此使用以下常用表达式³。对于磁耦合或non-50欧姆环境,AF表达式不适用,并且与上述表达式有很大不同。最后,我们可以从接收器上的测量电压确定E场电平。
E(incident) = VRX + AF(E) + CoazLoss
E(入射)(dbuV/m) =从实测值得到的天线处的E场。
V (RX) (dbuV)=测量电压(来自50欧姆中的Rx功率)表1中的“偶极子RX电平”。
(FE) (dB1 /米)=天线系数,感应天线的校准数据(认证公差= 1.5dB)。
CoaxLoss (dB)=从感应天线到接收机的传输线损耗。
将我们的NEC模拟值进行比较,并考虑地面弹跳对实测值的影响,我们得到计算误差:
计算误差(dB) = E(TX) - E(事件)
E(TX) (dBuV/m) = V或H参考偶极子的模拟E场,包括地面反弹因子,“NEC Est.近场峰值,H = 1m”见表6
表7 h。求解H极化参考偶极子测量场强和比较模拟地面反射Tx值
表7 v。求解V极化参考偶极子实测场强并比较模拟地反弹Tx值
为了最大限度地减少在租用范围内的测试时间,并避免通过重新定位天线和增加机械变化来引入误差,天线(DUT)没有匹配。由于反射系数很大,因此与DUT相关的失配损失很大。虽然失配损耗不会显著影响相对于偶极子的天线方向图,但它会显著影响场强。给定天线的测量反射系数S(11),我们可以通过不匹配天线来找到相关的失配损失。该因素将包括在数据图(表8).
表8所示。失配损耗校正
当信号发生器设置为16dBm时,实际功率是经过失配损耗和同轴损耗后送到DUT天线的。基次谐波和二次谐波都在表9:
输入天线的功率= P(信号发生器)- P(电缆损耗)- P(失配损耗)。
表9所示。天线功率
在测量表1中的校准因子后,将参考偶极子替换为DUT,并以与参考完全相同的方式进行测量。对V和H极化的基谐波和次谐波进行了两组测量,得出了环形天线在开路和短路情况下的场图。数据组织如下所示图17定义如下图:
天线类型|位置|感应LP极化|波段
具体来说,SFV3 =短接天线|平置|垂直LP | 315MHz
图17。数据测试矩阵和平面天线位置。
中提供了示例圆和偶极参考图18.
原始数据(灰线)是由天线距离测量的数据。
修正后的S11(黑线)是添加到原始数据上的失配损失。
增益圆(外部)是3dBd增益参考与偶极子。
偶极参考(0dBd)圆作为偶极参考的单位增益进行校准。任何低于0dBd的E场(dB)强度,都低于偶极子,要么是由于能量定向到别处,要么是由于效率低;高于此值的任何值都是由DUT的天线指向性引起的偶极子增益。
图18。测试情节和传说。
在所有情况下,基极相对于偶极子有场强损失。由于效率差异和小孔径,这是预期的。基波的场方向图通常为360°,通常比偶极子低10dB到20dB,这相当于小环路天线的5%或-13dB的预期效率。
一种情况,SFV3,短环路平放得到了非常好的结果-3dBd和非常完整的369°全向V极化方向图。这是幸运的,因为这是典型的天线是如何定位在钥匙扣。然而,这个场是三维的;当测量到峰值场时,这可能不是目标Rx所期望的瓣。
在大多数情况下,谐波比基波增益更大,固有的失配损耗更小。在一种情况下,二次谐波实际上相对于图OUV6中的参考偶极子有增益。这应该不会太令人惊讶,因为天线将开始具有指向性和更好的效率,因为环路在谐波上变得更长。与基波相比,谐波的场模式也不那么均匀,更难预测,这说明随着波长变短,电路板上的一切都开始对天线起作用。
通过对开环和短环仿真结果的比较,实测数据也证实了我们对开环天线的仿真;基波和谐波的场型比短回路的场型稍微均匀一些。虽然这在实践中可能很有吸引力,但请记住,同轴屏蔽对天线的良好效率和平整度起着重要作用,而不是天线本身更好。天线效率也随着波长的缩短而提高。除了谐波平均高于433MHz场强外,433MHz场强通常在-10dBd以上,315MHz场强在-15dBd至-20dBd左右。
正如我们从本文第一部分的模拟中确定的那样,卖空的情况更为复杂。在大多数情况下,字段模式在前瞻性字段后面有一个空。第1部分中的仿真表明,同轴电缆、环路电流和地都相互作用以产生最终结果。场强平均比开环情况低10dB。虽然较低,但在实践中可能更现实,因为大部分能量将在环路内,而不是来自同轴电缆的测量误差。峰值场强也符合许多约5%的理论效率估计。
在观察峰场时,感测天线向下看回路。环路也由水平位置的同轴电缆馈电,然后垂直下降到信号发生器。这些因素的结合产生了一个交叉极化场。实际上,发射机将被包含在天线中,因此不存在同轴系数。
地面和测试夹具在天线测量中起着重要的作用。考虑到所有因素,仍然很难使预测结果与实际测量结果相匹配。建立天线测试范围并不复杂,如果只需要设计或预合规测试就可以完成。一些天线现场测试用一个懒人苏珊、绳子、滑轮和普通的实验室设备来完成这一任务。但有一个警告。在不使用模拟器来探索理论和预测结果的情况下解释这些现场测试结果可能是错误的。最后,许多微妙的因素影响测量,可靠的符合性测试必须留给有资格和经验的实验室。
天线模拟器是一个很有价值的工具,可以让你大致了解正在发生的事情。然而,在校准期间取一个峰值,只是取Z轴上的一个切片。天线模拟不够精确,无法提供小环路所需的所有信息。为了精确测量天线,你需要步进Z轴,取X-Y方向图切片,并考虑地面的影响。与峰值测试相比,手动完成这些任务非常费力,但模拟起来非常简单。由于FCC只关心峰值场,因此只需搜索最大场强以符合要求,并将场优化到预期目标。仿真和测量协同工作以优化设计,并帮助工程师了解天线参数或找到适用于FCC法规的峰值场。
美国联邦通信委员会(FCC)的场强测量标准一般为3米,但在某些情况下,3米可能不是理想的。
在自由空间中,各向同性源的辐射从空间中的一个点开始,然后在恒定介质中的三维空间中均匀传播。它的传播可以看作是一个在时间上不断增长的球体,其能量只包含在波前或球体表面。如果我们从一个固定的能量开始,那么这个能量将不断地重新分配到球体不断增长的表面上。功率和距离的关系很简单,可以很容易地用简单的几何推导出来。
球体表面积= 4πr²
A1和A2的幂是相等的因为它们起源于同一个点。然而,它们的能量密度与它们的面积变化成反比。
如果让r(1)等于1,那么很明显球面的面积增加1/r²(1)图A1).
图A1。在距离r(1)和r(2)之间比较球面a(1)和a(2)的表面积。
功率密度关系式为:
然而,联邦通信委员会并不关心第15部分大部分章节下的功率,而是关心电场强度。因为电力在自由空间中传播,而自由空间的阻抗是120π或者377欧姆,你可以用欧姆定律计算电场。
通过代入,可以求出距离从r(1)到r(2),或r(2)从3米为参考时,场强和功率的关系。
例如,如果在3m处限制为10,000 μ V/m,则在30m处对应的电平为:
注意:以下讨论可作为场强测试设备的指南,由于法规变化或解释,可能不准确或不及时。请参考FCC官方的规章制度。
根据第15.231部分,FCC在40.66MHz至40.70MHz和70MHz以上的频率上进行周期性操作,并根据应用进行各种限制。我们关注的两个最常见的频率是用于rke类型设备的频率,315MHz和433MHz,这两个频率也经常被其他国家使用。
当求a时发射机对于场强发射,可以将任务分为三个部分:
根据第15.231部分允许其应用的基本排放。
第15.231部分允许的虚假排放
第15.205部分规定的受保护波段内的杂散辐射,其限值由第15.209部分规定
在评估您的产品时,如果集成了数字设备,通常需要进一步的场强测量。由于我们只关注本应用笔记中的变送器,因此不包括数字设备的测试和测量。但是,要注意,向发射机添加数字设备可能会影响控制发射机的规则。
常用的有两种非—远程控制设备的ism频率。这些频段的规定是精心设计的,禁止通信,除非是为了控制而随机间歇爆发。这些频率基本上是与持牌服务共享的;在不干扰的基础上,它们被允许用于非常短的距离和持续时间的传输。这些规定是为了尽量减少对占用这些频段的许可服务的干扰而制定的。315MHz频段主要由政府机构使用,而433MHz频段则由业余(Ham)和政府服务共享。因此,采用重复编码的调制来确保在不同信号强度和竞争频带使用下的通信是很常见的。但是,对发射的时间和持续时间有严格的限制,以避免有害的干扰。
简单地说,FCC Part 15.231在两种情况下对场强进行分类:
周期性发射,15.231 a-d间歇性,随机,非常短的爆发
超出定期排放;15.23 e -周期爆发长达1秒
在这些条件下,不同的限制适用于基本和伪发射,并高度依赖于最终应用。为了符合更高级别的要求,第15.231(a)部分对传输排放的持续时间和周期性(表B1). 场强也是频率的函数,必须线性插值才能确定相应的场强。
表B1。FCC Part 15.231允许的场强为260MHz至470MHz,距离为3米
发射类型 | 基波场强(µV/m) | 杂散发射场强(µV/m) |
超过周期 | 1500 - 5000 | 150 - 500 |
周期 | 3750到12500 | 375至1250 |
通过插值,下式为表B2,B3a,B3b可以实现。
表B2。FCC 15.231插值场强为260MHz至470MHz,在3米
发射类型 | 基波场强(µV/m和dBµV) | 杂散场强(µV/m和dBµV) |
超过周期 | E(uV/m) = 16.67* * (MHz) - 2833.33 E(dB(uV/m)) = 20log(16.67* * (MHz) - 2833) | E(uV/m) = 1.667* E(dB(uV/m)) = 20log(1.667* * - 283.3) |
周期 | E(uV/m) = 41.67* * (MHz) - 7083.33 E(dB(uV/m)) = 20log(41.67* * (MHz) - 7083) | E(uV/m) = 4.167* * (MHz) - 708.33 E(dB(uV/m)) = 20log(4.167* * (MHz) - 708.3) |
表B3a和B3b。FCC Part15.231插补场强为260MHz至470MHz在3m
在FCC Part 15.33中,对于在UHF范围内工作的设备,测量结果必须提供到10次谐波。因此,无论考虑什么初步测试,重要的是要测量远高于基频。如果设备中包含数字设备,那么产品也必须对这些排放物进行调查。
FCC Part 15.33的具体规定。
这些FCC部件允许的发射机发射实际上是随机的,spor c突发设备,如用于开门器,报警器和非周期性开关控制的设备。请注意,FCC第15.231部分禁止在应用中使用高流量的控制信息,例如控制玩具,就像不允许连续传输语音和数据一样。
15.231部分规范。
调制频谱、分辨率带宽、中频滤波或任何影响接收器接收到的频谱能量的因素都会影响测量。处理脉冲数据的方法也很重要,例如CISPR对脉冲信号的峰值和平均极限进行功率平均。值得注意的是,FCC第15.209部分对1000MHz以上和低于1000MHz的发射有两种不同的测试方法,以及对500KHz以下的一些选择频段,其中使用了许多航空定位和其他受保护的设备。对于低于1000MHz的测量,测量装置必须采用CISPR准峰值检测器;,只测量峰值辐射(图B1). CISPR,国际射频干扰特别委员会是一个非政府组织,由国际电工委员会(IEC)的国家委员会和各种其他组织组成,致力于制定避免射频干扰的测量标准。
图B1。CISPR因素的例子。
对于连续波条件,检测方法之间没有差异。然而,在脉冲发射中,由于脉冲的占空比和重复率而存在差异。在某些情况下,准峰值和平均极限之间的差异可以高达13dB,重复频率为1.8kHz(4)。峰值检测只是看最大峰值功率,而不管占空比。平均功率检测考虑发射的占空比。准峰值对检测施加了一个时间常数,上升沿攻击时间很快,但衰减时间很长。结果表明,在高重复率的准峰值检测下,测量功率更高。
基本上,联邦通信委员会对那些没有充分利用频谱的脉冲重复更宽容。通过这样做,FCC允许传输较少信息的信号稍微增加功率,以最大限度地减少对其他服务的干扰。在任何情况下,重要的是要参考FCC标准,并在进行任何类型的排放测试时与认可的实验室合作。
根据FCC第15部分,可以这样说,目的是允许未许可服务的低水平排放,同时避免对优先许可或授权服务的有害干扰。该频谱不仅由联邦通信委员会(FCC)管理,用于公共和地方政府应用,也由NTIA(国家电信信息管理局)管理,用于联邦和军事应用。
FCC——联邦减刑委员会
NTIA -国家电信信息管理局
我们的315MHz至430MHZ频谱被大量分配;它广泛用于对保护生命和安全至关重要的设备,或涉及美国国家或全球安全的设备。尤其是R o定位,是一项受到高度保护的服务;虽然其中一些是高度机密的,但它们都受到FCC的保护,不受在美国销售或销售的产品的影响。例如,GPS是美国国防部(DOD)在1.575GHz运行的关键导航服务,并且在1435MHz到1626.6MHz之间受到FCC规则的保护。虽然在天线测量期间未经授权的传输会产生法律影响,但必须特别注意避免干扰这种受保护的国家服务。
了解更多详细信息。
在这些受保护的波段中,不允许有基态发射。如果您发现您的设备在这些受限制的频段中有任何发射,请特别注意FCC第15.209部分,以确保无论发射的是什么,都处于委员会规定的可接受水平。
当在这些受保护的频段测试您的设备时,FCC测试实验室将监控另一个FCC表:
以上摘自第15.209部分。该规则继续提出进一步的细节和要求,特别是关于带的边缘。详情请参阅以下连结
参考文献
详细的实际讨论和天线理论可以在这些优秀的资源中找到:
Richard C. Johnson &Henry Jasik,天线工程手册,McGraw-Hill, 1961
RF caf
Warren L. Stutzman和Gary A. Thiele,天线理论与设计,John Wiley &儿子公司,1981
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