Experimental validation of spatial correlation formulae in a reverberation chamber

Reverberation chambers (RC) have experienced an increased popularity for EMC tests. High field intensity can be achieved with a limited input power and, most important, the field uniformity inside the chamber allows faster test sessions since EM waves impinge the devices under test at same time from all directions. The existing EMC standards for tests provide a rough way to check field uniformity. In this work, a fine metrological method to characterize a reverberation chamber based on the analysis of spatial correlation coefficients is presented. These coefficients have been theoretically derived from Hill’s hypotheses and diffuse-field approximation, which implies field uniformity, isotropy and Gaussian probability distribution for any field components along a certain direction, but have not been experimentally verified so far. Spatial correlation is a local spatial property, but it is directly linked to angular correlation and thus to the whole reverberation chamber system since all the EM waves contribute to the computation of the coefficients. This makes the analysis of correlation coefficients a powerful tool to assess the angular independence and the field uniformity of a RC. Experiments and measurements took place in Centrale Supelec’s (Gif-sur-Yvette, France) facilities. Firstly, theoretical background and approximated field model for RC are presented. In the second section, measurement method and parameters are analyzed and computed. The following section deals with confidence intervals, necessary to have a fine term of comparison between expectations and experimental points. All possible factors which can affect them are taken into account, such as residual correlation between samples and frequency clustering. The results concerning spatial correlation are displayed and compared with theoretical expectations. Eventually, angular correlation coefficients are derived directly from spatial correlation ones and studies on the independence of direction of propagation of waves are carried out.

Negli ultimi anni, le camere riverberanti (RC) hanno riscontrato una crescente popolarità di impiego nei test di compatibilità elettromagnetica (EMC). Campi di notevole intensità possono essere raggiunti con una limitata potenza in ingresso e, più importante, l’uniformità di campo all’interno della camera permette di accorciare notevolmente i tempi di test, dal momento che le onde elettromagnetiche (EM) investono simultaneamente il dispositivo interessato (DUT) da tutte le possibili direzioni di propagazione. Gli standard EMC esistenti forniscono metodi approssimativi per verificare la corretta distribuzione di campo all’interno della camera. Questo lavoro presenta un’accurato metodo metrologico per caratterizzare una camera reverberante, basato sull’analisi della correlazione spaziale e della correlazione angolare. Questi coefficienti sono stati derivati teoricamente partendo dalle ipotesi approssimate di campo diffuso proposte da Hill, che implicano l’uniformità di campo, isotropia e distribuzione Gaussiana per tutte le componenti di campo lungo una determinata direzione. In letteratura, una accurata validazione sperimentale di questi coefficienti manca. La correlazione spaziale è una proprietà locale, ma è direttamente connessa alla correlazione angolare e, di conseguenza, all’intero sistema composto dalla camera riverberante, visto che tutte le onde elettromagnetiche contribuiscono nel calcolo dei coefficienti. Questo rende l’analisi dei coefficienti di correlazione un potente strumento per verificare l’uniformità di campo e l’indipendenza angolare, parametri fondamentali nei test di compatibilità. Le prove sperimentali e le misure sono state effettuate nei laboratori di Centrale Supélec, Gif-sur-Yvette, Francia. In questo lavoro di tesi, in primis, sono presentate le basi teoriche e il modello approssimato di campo usato da Hill. Nella seconda sezione, il metodo metrologico e i parametri sono descritti nel dettaglio e calcolati. Il capitolo successivo propone l’analisi degli intervalli di confidenza (CI), necessari per poter avere una visione accurata e precisa dei risultati. Tutti i fattori che potrebbero interferire nel calcolo degli intervalli di incertezza, come la correlazione residua tra campioni di una stessa popolazione e il clustering di frequenze sono presi in considerazione. In seguito, i risultati riguardanti la correlazione spaziale sono presentati e comparati con le previsioni teoriche. Infine, la correlazione angolare è calcolata direttamente dalla correlazione spaziale tramite un metodo innovativo e le conclusioni riguardo la correlazione nelle direzioni di propagazione sono presentate.