Određivanje karakteristika elektromagnetske emisije uređaja merenih u Faradejevom kavezu pomoću tehnike obrade retkih signala

Abstract

U ovoj doktorskoj disertaciji razvijena je nova metoda koja omogućava određivanje nivoa električnog polja (u slobodnom prostoru) nepoznatog izvora korišćenjem skalarnih merenja u Faradejevom kavezu. Nova metoda omogućava upotrebu Faradejevog kaveza kao jeftine alternative standardizovanim mernim mestima za ispitivanje elektromagnetske kompatibilnosti (EMK), kao što su (polu)anehoične sobe, otvoreni merni prostor i reverberacione sobe (kavezi). Nova metoda, u odnosu na standardizovani merni postupak u reverberacionim sobama, omogućava uspešno merenje uređaja na niskim frekvencijama, koje su ispod najniže rezonantne frekvencije kaveza. Metoda se zasniva na aproksimaciji električnog polja zračenja ispitivanog uređaja nizom ekvivalentnih dipola. Parametri ekvivalentnih dipola su određeni primenom tehnike obrade retkih signala, odnosno primenom l1 regularizacije kojom se umanjuje neodređenost rešenja inverznih elektromagnetskih problema. Složenost prostiranja signala u sredinama kao što je Faradejev kavez povoljno utiče na tačnost rešenja. Predloženi metod je verifikovan skalarnim merenjima izvora u Faradejevom kavezu. Rezultati obrade su upoređeni sa onima dobijenim u anehoičnoj sobi i rezultatima procene parametara izvora korišćenjem analizatora spektra i numeričke obrade. Tom prilikom korišćen je namenski projektovan i napravljen izvor elektromagnetskog zračenja. U disertaciji je, osim toga, prikazano precizno modelovanje Faradejevog kaveza (uključujući razne nesavršenosti), a dat je i opis merenja odziva ekvivalentnih dipola u Faradejevom kavezu. Pri tome, bilo je neophodno odrediti mernu nesigurnost ispitivanja u Faradejevom kavezu i mernu nesigurnost modela Faradejevog kaveza. Takođe, precizno je definisana potrebna merna postavka pri merenjima izvora u Faradejevom kavezu. Na kraju disertacije predložene su smernice za budući rad.

In this dissertation a new algorithm has been developed that enables determination of freespace field levels of radiating sources using amplitude measurements in Faraday cages. The new approach enables using Faraday cages as a low-cost alternative to the standard EMC test sites, such as (semi)anechoic chambers, open-area test sites, and reverberation chambers. In comparison to the standardized EMC tests in reverberation chambers, the new method enables measurements at low frequencies, even below the lowest resonant frequency of the cage. The algorithm computes the radiation parameters of a DUT in a free space, by means of equivalent dipoles and sparse processing. In order to extract the parameters of the equivalent dipoles, we use sparse processing and l1 regularization for solving ill-posedness of this inverse electromagnetic problem. By exploiting the multipath from the Faraday cage walls, floor, and ceiling, we improve the estimation accuracy. The algorithm has been verified experimentally by taking phaseless measurements of a known device in the Faraday cage. The results of the reconstruction have been compared with those obtained in an anechoic chamber and with directly assessed parameters of the source used a spectrum analyzer and a full-wave numerical model. The source of electromagnetic radiation was designed and developed specifically for this purpose. In this dissertation the model of the Faraday cage and numerical evaluation of the responses of the equivalent dipoles in the Faraday cage are described. Consequently, it has been necessary to determine the measurement uncertainty of testing in the Faraday cage and the measurement uncertainty of the model Faraday cage. Also, the measurements setup for measurements of the radiating sources in Faraday cages is defined. At the end of this dissertation guidelines for the future work are proposed.