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インパルス性電磁妨害の正確な検出

by Jens Medler & Matthias Keller, Rohde & Schwarz GmbH

Fig 1
Fig.1 APD モードの R&S® ESU EMI テストレシーバ
電磁妨害の検出のための R&S® ESU EMI テストレシーバ (Fig.1) は、適合測定のためのベンチマークとして広く受け入れられている。現在使用可能な振幅確率分布 (APD) 機能を用いて、R&S® ESU は、電子レンジからのもののようなインパルス性電磁妨害を正確に検出する。

CISPR 16-1 の新しい加重機能

1920年台のAM放送の登場の後、多くのラジオ・リスナが妨害を報告し、妨害抑制が最初に必要となった。だが、測定プロセスは未開発であったので、初期の規格はノイズ抑制のためのハウツー・ガイドにより似通っていた。実際の妨害電圧測定プロセスが開発されたのは、その後であった。

1933年の国際無線障害特別委員会 (CISPR) の設立とともに、統一的な加重プロセスを規定することを目標として系統的な調査が開始された。

放送がどのように影響されるかは妨害の種類 (広帯域か狭帯域か) と無線サービス自身の双方に影響されることが、初期から認識されていた。それは特にパルス周波数に依存し、これは最終的に準尖頭値検波の定義と導入をもたらした。

加重機能の定義に際しての目標は、妨害抑制の努力を最小限に保つこと、すなわち抑制はラジオ・リスナが主観的スケール上で妨害に悩まされないように放射性エミッションに対する適当な保護を与えるために丁度充分に良いものでなければならないというものであった。これが準尖頭値加重がラジオ受信機をリスナを含めてシミュレートする理由である。

アナログ変調信号を受信する時、その妨害、すなわち精神物理的な苛立ちのレベルは、主観的な値である。

それは聞いたり見たりすることができるが、通常はしっかりとした数値として測定することはできない。今日のデジタルの放送／通信システムの優勢はこのシナリオに基本的な転換を引き起こしている。デジタル変調された信号の受信機については、完全なエラー訂正がまだ可能な妨害レベルを、例えば臨界ビット誤り率を用いて決定することが可能である。これが、CISPR と ITU がデジタル無線サービスに対するインパルス性妨害の影響の調査を 15年前に既に開始していた理由である。

これらの調査の結果 [1][2]、CISPR 16-1 基本規格 [3] に新たな加重機能、 RMS 平均値検波と振幅確率分布 (APD) が導入された。

任意の妨害の APD (Fig 2) は、「妨害の振幅が規定されたレベルを超える時間の確率」の累積分布として定義される [3]。 APD 測定は、製品がデジタル通信システムへの妨害信号を生じる能力の程度を同定するために用いることができる。これは、例えば 2400MHz から 2500MHz の周波数範囲の WLAN 通信を頻繁に阻害する電子レンジのために用いることができるだろう。

Fig 2
Fig.2: パルス性の信号に対する APD (パルス持続時間 = 1ms、パルス繰り返し周波数 = 0.10Hz)

Fig 3
Fig.3 APD 機能の規定と R&S® ESU EMI テストレシーバの比較
1) デッドタイム (値が測定されない期間) が総測定時間の 1% 未満であれば、間欠的な測定が可能

電子レンジを例として用いた APD 機能の説明

この例では、APD 機能を 1GHz から 18GHz の周波数範囲の電子レンジの妨害電界強度測定に基づいて述べる。電子レンジに対する現行の規格である CISPR 11 [4] は、この目的で尖頭値と平均値の限度を規定する。その加重平均値は、対数モードでビデオ帯域幅を 10Hz に下げることによって同定される。だが、これは真の平均値の同定のために用いることはできず、殊に電子レンジから生じるようなインパルス性妨害に対してはその加重平均値は非常に不正確である。

そのような場合、それは真の平均値も同定できることから、代替手段として APD 機能を用いることができる。

伝統的な手法と同様、プレビュー測定を行なうために、まず尖頭値検波が用いられる。もしプレビュー測定の結果が限度線に関連して規定される許容限度を超えれば、同定されたそれらの周波数で APD が測定される。

APD は以下の2つの手法のいずれかを用いて測定しなければならない:

時間内の生起確率 p_limit を基準としての、妨害電界強度レベル E_measured の dB(μV/m) での測定
妨害の包絡線が規定されたレベル E_limit (dB(μV/m)) を超える、時間内での生起確率 p_measured の測定

R&S® ESU は妨害電界強度レベルに対する 80dB の表示範囲を 625のサブレンジに分割し、それぞれのサブレンジ毎に、妨害電界強度レベル E_measured とともに、そのレベルに達する確率 p_measured を測定する。

これは、双方の APD 測定法を適用できることを意味する。

尖頭値限度と平均値限度は CISPR 11 で既に規定されているので、 APD 限度 p_limit とともにこれらの限度を用いることが推奨される。 EUT は、双方の値が限度以下であるとき、合格したものとみなされる。現在、APD 限度は担当の委員会で議論中である。

その代わりに、APD データを、リニア平均値を計算し、平均値限度と直接比較するために用いることができる。尖頭値限度は、例えば時間内の生起確率が 10⁻⁷ となる、測定された妨害電界強度レベル E_measured と比較される。

要約

現在 R&S® ESU EMI テストレシーバで使用可能な APD 機能は、電子レンジが放射する電磁妨害を非常に正確に検出できる。これは、型式認証／品質受入試験の非常に時間を要する測定を高い冗長度で行なう時に、特に有益である。 APD 機能のユーザーは、以下の利点を持つ：

広いダイナミックレンジ
ビデオ帯域幅の低下を伴う加重と比較して改善されたパルス信号の検出
スペクトラム・アナライザを用いた尖頭値測定と比較して高い精度と再現性
電子レンジに対する CISPR 11 に従った妨害電界強度測定の代替手段

参考文献

[1] Amendment 1:2005 to CISPR 16-3:2003 (2nd Ed.) Specification for radio disturbance and immunity measuring apparatus and methods - Part 3: CISPR technical reports

[2] Amendment 2:2006 to CISPR 16-3:2003 (2nd Ed.) Specification for radio disturbance and immunity measuring apparatus and methods - Part 3: CISPR technical reports

[3] CISPR 16-1-1:2006 (2nd Ed.) Specification for radio disturbance and immunity measuring apparatus and methods - Part 1-1: Radio disturbance and immunity measuring apparatus - Measuring apparatus

[4] CISPR 11:2003 (4th Ed.) Industrial, scientific and medical (ISM) radio-frequency equipment - Electromagnetic disturbance characteristics - Limits and methods of measurement

これは、EMC+Compliance Journal に掲載された記事を、その許諾を得て T. Sato が翻訳したものです。この翻訳については、原著者らはいかなる責任も持ちません。これについての意見、質問などは VEF00200@nifty.com (T.Sato) 宛にお送り下さい。

Last update: 2009-07-20