CN101344557B - 一种保护功率放大器的辐射敏感度试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种保护功率放大器的辐射敏感度试验方法，本方法通过功率计最小灵敏度的限制，计算出信号源需给出的最小输入功率，确保了在最小输入功率以上的功率值输入时，驻波比在较宽频段范围内是稳定的。从而确保了驻波比保护功率放大器的有效性；由最大允许反射功率确定信号源最大输入功率，以及按标准规定的场强值，从而确定EUT被试品处的施加的场强值，使在此频段范围内确保不会因为反射功率过大而损坏功率放大器，有效地保障了辐射敏感度试验的顺利进行和功率放大器的安全。

Description

一种保护功率放大器的辐射敏感度试验方法

技术领域

本发明涉及电磁感应领域，具体涉及一种保护功率放大器的辐射敏感度试验方法。

背景技术

电磁兼容(EMC)是研究在有限的空间、有限的时间、有限的频谱资源条件下，各种用电设备或系统可以共存，并不致引起性能降级的一门科学。电磁兼容学科研究的宗旨就是：既不对相邻设备和环境构成干扰，也不会因受相邻设备干扰或环境影响而降低指标。随着电子技术的快速发展，集成化，小型化等设备的应用，尤其是复杂环境下，多用途，多功能的设备仪器共存，正常工作的要求越趋强烈，因此对产品、设备、系统的电磁兼容性越来越需重视。电磁兼容试验技术作为电磁兼容领域的支撑技术，正在受到越来越多的关注。我国遵循国际电工委员会等部门的一系列电磁兼容标准制定了详细的国家标准、军用标准等电磁兼容标准。这些标准化试验方法与要求是指导我们科学、合理、有效完成电磁兼容试验的依据。每个电磁兼容测量标准都包括许多测试项目，主要分为电磁干扰试验和电磁敏感度试验(军用标准中的称法，国家标准中称电磁骚扰和电磁抗扰度)，具体被试品(EUT)应该执行EMC测量标准的哪些测试项目，物理含义又如何，是测试前必须弄清楚的。

电磁敏感度测试试验(EMS试验)测试的目的是检测具有敏感电路的产品面临电磁干扰不降低运行性能的能力，即设备、分系统或系统暴露在电磁辐射下所呈现的不希望有的响应程度，这里指的电磁辐射应该是包括通过空间的辐射干扰和通过电源线、信号线的传导干扰。对于EMS试验分为传导敏感度和辐射敏感度两类试验项目。

对于辐射敏感度试验，针对不同的测试项目标准中规定了相应的测试布置和要求等，基本测试方法操作：

1、测试系统自检；

2、一般情况下，直接按标准规定的敏感度极限值施加干扰量；

3、检测EUT的反应，即是否产品工作正常。若EUT在施加标准规定的敏感度限值时工作正常，也可对达标的产品加大干扰量，求出最大允许的性能降低的电磁干扰量，即敏感度阈值，那么这时敏感度限值与敏感度阈值的差值为电磁敏感度裕量。若EUT在某些频率点上或某个频带内出现异常，则称其未通过该标准。

在试验中，通过测试设备将这些干扰模拟出来，再通过一些测试附件，如天线，将上述干扰施加给EUT，EUT的工作状况是根据其特点选择合适的方式进行监测。用于电磁敏感度测试的设备由三部分组成：一是干扰信号产生器(如信号源)和功率放大器类设备，二是天线等干扰信号辐射与注入设备，三是场强和功率监测设备。

其中，信号源用于敏感度试验中推动功率放大器产生连续波模拟干扰信号。

功率放大器(简称功率放大器)在电磁敏感度测试中是必不可少的设备，对于连续波及脉冲干扰的模拟，仅靠信号源或信号发生器往往难以达到所需的功率，以及宽泛的测量频段，因此用功率放大器来提升信号的功率，并可根据需要分频段将功率放大器增益做得很高，以达到高的辐射场强或在线上注入强干扰电流的目的。

功率计与双定向耦合器一起组成功率监测系统，实时测量放大器输出功率的状态，了解负载端的匹配情况，如测量正向功率和反射功率的大小，确定输出电缆是否正确连接、功率是否加上等。

各种模拟干扰源利用发射天线向被测设备辐射电场或磁场干扰信号。

测量系统通过计算机控制大部分测试项目的进行，自动调节施加的干扰信号或电磁场的大小，并实时监视功率输出，保证放大器安全工作，生成测试报告和曲线。

目前很多领域，为了保护设备(如：发射机功率放大器，射频放大器，天馈系统等)都应用了驻波比保护的使用方法，这种方法通过监测信号源的输出功率等性能指标，视时启动驻波比保护，切断功率放大器电源实现其保护功能。

但使用驻波比保护主要适用在输入功率为大功率，且在一定频段范围内驻波比的值变化幅度不大的情况；或者适用在输入功率较小，且在一定频段范围内驻波比的值变化幅度较大的情况。而对于输入功率为大功率，且在一定频段范围内驻波比的值变化幅度较大的情况时，就造成驻波比的确切数值不准确，从而不易利用驻波比进行保护。此外，若输入功率过小，未达到功率计灵敏度的要求，会使得到的驻波比的值不真实，从而破坏了驻波比保护功率放大器的价值。

在电磁兼容辐射敏感度测试试验时，为了防止反射功率过大而造成功率放大器的损坏，尤其是EUT被试品的组成结构中有很大的金属反射面时，一般通过功率计监测初始时的反射功率是否过大，从而来调整信号源初始时输入的功率，使之初始反射功率不会过大，这样保护功率放大器。但是这种通过监测初始反射功率保护功率放大器的方法属于事后保护，即当功率计监测到初始反射功率时，这个初始反射功率已经到达了功率放大器，若此功率很大则已经造成了功率放大器的损坏。

发明内容

本发明提出了一种保护功率放大器的辐射敏感度试验方法，本方法通过功率计最小灵敏度的限制，计算出信号源需给出的最小输入功率，确保了在最小输入功率以上的功率值输入时，驻波比在较宽频段范围内是稳定的。从而确保了驻波比保护功率放大器的有效性；由最大允许反射功率确定信号源最大输入功率，以及按标准规定的场强值，从而确定EUT被试品处的施加的场强值，使在此频段范围内确保不会因为反射功率过大而损坏功率放大器，有效地保障了辐射敏感度试验的顺利进行和功率放大器的安全。

一种保护功率放大器的辐射敏感度试验方法，包括如下步骤：

步骤1：按辐射敏感度试验的测试要求和测试布置连接好所有设备和EUT被试品；将信号源的信号输出至功率放大器进行功率放大，功率放大器通过双定向耦合器至天线辐射出场强，双定向耦合器引出前向功率与反射功率的两端与功率计相连接；在EUT被试品处放置场强计进行场强监测；

步骤2：在功率计最小灵敏度的限制下，利用理论公式反推出此时信号源需输入的功率值；并将最小输入功率设置到信号源中；

步骤3：监测功率计上耦合端的前向功率和反射功率的数值，同时由EUT上安置的场强计监测到此时的场强值，由理论公式计算出驻波比。

步骤4：通过得到的驻波比和功率放大器所允许的最大反射功率，利用理论公式推导出此功率放大器在此频段所对应允许的最大的前向功率值。

步骤5：由步骤3得到的前向功率值和场强值的对应关系，计算在已知最大前向功率时，得到EUT上的场强计将监测到的场强。比较此场强值和标准规定的场强值，选择值较小的场强施加干扰；通过公式计算并设置信号源的相应输入功率值；

步骤6：根据输入功率值按已连接好的设备对EUT施加辐射场强干扰，同时监测EUT工作状态的变化，记录具体EUT敏感时的频点以及敏感状态。

步骤7：更换下一频段的发射天线，转到步骤3，直至所有频段测试完毕。

步骤8：结合各天线测试频段记录的具体EUT敏感时的频点以及敏感状态，完成测试报告。

所述信号源的发射功率最小值为步骤2所述最小输入功率，最大值为步骤5所述输入功率值。

本发明一种保护功率放大器的辐射敏感度试验方法的优点在于：

1、本方法由功率计最小灵敏度的限制，计算确定此时信号源需给出的最小输入功率，以使在此最小输入功率以上的功率值输入时都可使驻波比的值稳定有效。在负载不变的情况下，驻波比的值都可以确定，且在较宽频段范围内变化幅度不大，从而确保了驻波比保护功率放大器的有效性。

2、本方法在最大允许反射功率的条件下，确定最大允许的前向功率，以及由此确定的信号源最大输入功率和对应得的EUT被试品处的场强值，将其与标准规定的施加干扰场强值比较，选择较小的场强值施加干扰；在利用已知理论公式的前提下，量化了不使反射功率过大时信号源的最大输入功率，从而确保了监测反射功率的可靠性。

3、本方法针对驻波比保护和监测初始反射功率保护功率放大器的不足之处，给出了量化方法，在此两种方式均可在本方法中得到较好的应用。

附图说明

图1为本发明一种保护功率放大器的辐射敏感度试验方法的流程图；

图2为本发明一种保护功率放大器的辐射敏感度试验方法的设备连接示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步的详细说明。

本方法主要使用在电磁兼容辐射敏感度测试试验中，本实施方法采用国军标RS103测试项目的要求进行辐射敏感度试验，测试设备包括：

射频信号源：RS公司，型号为SML01；

功率放大器：AR公司，型号为1000W1000C，测试频段为80MHz～1GHz，功率放大器增益为35dB，所允许的最大反射功率为500W；

天线：AR公司，型号为AT400A；

双定向耦合器：AR公司，型号为DC6280，测试频段为80MHz～1GHz，耦合系数为60dB；

功率计：RS公司，型号为NRVD，一般功率计最低灵敏度为-100dBm；

场强计：AR公司，型号为FM5004；

数据记录装置；

针对本发明技术方法下面详细阐述具体实施过程：

一种保护功率放大器的辐射敏感度试验方法，如图1所示，包括如下步骤：

步骤一：按电磁兼容辐射敏感度试验的测试要求和测试布置连接好所有设备和EUT被试品；如图2所示，将信号源的信号输出至功率放大器进行功率放大，为保护功率放大器，要保证射频信号源发射的输入功率和天线反射回的反射功率均不要过大而烧坏功率放大器；功率放大器通过双定向耦合器至天线辐射出场强，双定向耦合器引出前向功率与反射功率的两端与功率计相连接；双定向耦合器通过两个耦合端分别引出前向功率和反射功率，由功率计对其进行监测。双定向耦合器起到了衰减大功率的作用，从而使过大功率不至损坏监测功率的功率计。在EUT被试品处放置场强计进行场强监测，EUT被放置在军标规定的距天线1m的距离。

步骤二、在功率计最低灵敏度的限制下，根据理论公式：V+G-C＝V₀，

其中：V表示信号源输入功率(dBm)；G表示功率放大器增益(dB)，本实施例中为35dB；C表示定向耦合器的耦合系数(dB)，本实施例中为60dB；V₀表示功率计的前向功率(dBm)，本实施例中此时为最低灵敏度-100dBm。

推导得信号源输入功率V＝V₀+C-G，计算出输入功率V＝-100+60-35＝-75dBm。

功率计在最低灵敏度以上读数有效，保证了监测功率的正确，且

从而保证了由此计算出的此频段范围内驻波比的值是稳定有效的。

将最小输入功率V＝-75dBm设置到信号源中。

步骤三：监测功率计得到前向功率端P_前为60dBm、反射功率端P_反50dBm的数值，同时由放置到EUT处的场强计监测到此时的场强值V₁为160dBμV/m。首先进行单位换算，把监测到的以dBm为单位的前向功率P_前和反射功率P_反值转化为以W为单位前向功率P′_前和反射功率P′_反值，把以dBμV/m为单位的场强值V₁转化为以V/m为单位的场强值V′₁。

利用公式，101gP′_前＝P_前，101gP′_反＝P_反，201gV′₁＝V₁

推导出：

${V\′}_1={10}^{\frac{V_1}{20}}={10}^{\frac{160}{20}}={10}^8\mathrm{\μV}/m.$

得到前向功率P′_前＝1000W，反射功率P′_反＝100W，辐射干扰场强值V′₁＝100V/m。

由理论公式：驻波比 $\mathrm{\ρ}=\frac{1+\left|\mathrm{\λ}\right|}{1-\left|\mathrm{\λ}\right|},$ 其中，

λ表示反射系数。

计算出驻波比ρ＝10。

步骤四：利用理论公式推导出此功率放大器在此频段所对应允许的最大的前向功率值。由于功率放大器的种类不同，所以功率放大器对应允许的最大反射功率是不同的，需要根据功率放大器的具体参数决定所允许的最大反射功率。此例中所使用的功率放大器允许的最大反射功率为P_反max＝500W。通过上步驻波比为10的值，利用上步理论公式推导出此功率放大器此频段所允许的最大前向功率值P_前max，推导出的公式为：

P_前max＝ρP_反max，计算得到，P_前max＝5000W

步骤五：由步骤三得到的前向功率值P′_前，以及场强计监测到此时的辐射干扰场强值V′₁的对应关系，从而推导计算当已知最大允许前向功率值P_前max5000W时，得到EUT上的场强计将监测到此时的场强值V_max。推导计算公式有：

由得到当已知最大允许前向功率值时，场强计监测到的场强值

比较得到的辐射干扰场强值V_max为500V/m和国军标RS103测试项目的要求规定要求施加的辐射干扰场强值200V/m，选择值较小的场强施加干扰。因为当功率放大器允许承受的前向功率为最大前向功率值时，对应的EUT上将会得到的场强值为Vmax500V/m，大于标准规定的施加干扰场强值200V/m，所以需按国军标RS103测试项目的要求规定的干扰场强值200V/m施加给EUT；并按国军标RS103测试项目的要求规定的相应输入功率值设定信号源。

步骤六：按国军标RS103测试项目的要求规定的干扰场强值200V/m施加给EUT，按标准规定为EUT施加干扰场强值时，信号源的输入功率，以及功率计监测到的反射功率都不会过大而损坏功率放大器设备。同时监测EUT工作状态的变化，由计算机记录具体EUT敏感时的频点以及敏感状态。

步骤七：更换下一频段的发射天线，由于驻波比有负载效应，受负载影响，因此更换不同天线时需重复上述步骤，转到步骤三，确保不会因为信号源输入功率过大，或者反射功率过大而损坏功率放大器，直至所有频段测试完毕。

步骤八：结合各天线测试频段记录的具体EUT敏感时的频点以及敏感状态，完成测试报告，本辐射敏感度试验结束。

Claims (2)

1.一种保护功率放大器的辐射敏感度试验方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：按辐射敏感度试验的测试要求和测试布置连接好所有设备和EUT被试品；将信号源的信号输出至功率放大器进行功率放大，功率放大器通过双定向耦合器至天线辐射出场强，双定向耦合器引出前向功率与反射功率的两端与功率计相连接；在EUT被试品处放置场强计进行场强监测；

步骤二：在功率计最小灵敏度的限制下，利用理论公式V+G-C＝V₀反推出此时信号源需输入的功率值V；并将最小输入功率设置到信号源中，其中，V表示信号源输入功率，G表示功率放大器增益，C表示定向耦合器的耦合系数，V₀表示功率计的前向功率；

步骤三：监测功率计上耦合端的前向功率和反射功率的数值，同时由EUT上安置的场强计监测到此时的场强值，由理论公式

计算出驻波比ρ，其中，λ表示反射系数；

步骤四：通过得到的驻波比和功率放大器所允许的最大反射功率，利用理论公式P_前max＝ρP_反max推导出此功率放大器在此频段所对应允许的最大的前向功率值P_前max，其中，P_反max为最大反射功率；

步骤五：由步骤三得到的前向功率值P′_前和场强计监测到此时的辐射干扰场强值V′₁的对应关系，即

计算在已知最大前向功率P_前max时，得到EUT上的场强计将监测到的场强V_max，

比较此场强值和标准规定的场强值，选择值较小的场强施加干扰；并设置信号源的相应输入功率值；

步骤六：根据输入功率值按已连接好的设备对EUT施加辐射场强干扰，同时监测EUT工作状态的变化，记录具体EUT敏感时的频点以及敏感状态；

步骤七：更换下一频段的发射天线，转到步骤三，直至所有频段测试完毕；

步骤八：结合各天线测试频段记录的具体EUT敏感时的频点以及敏感状态，完成测试报告。

2.根据权利要求1所述一种保护功率放大器的辐射敏感度试验方法，其特征在于：所述信号源的发射功率最小值为步骤二所述最小输入功率，最大值为步骤五所述输入功率值。

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