CN101738557A - 一种利用gtem小室诊断辐射噪声类型的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用GTEM小室诊断辐射噪声类型的方法，首先：将所述被测设备的平面区域划分为若干辐射干扰单元区(n_ij)；其次将电场探头和磁场探头分别在所述水平平面区域移动，依次对各辐射干扰单元区进行测量，获得各辐射干扰单元区的辐射电场强度和辐射磁场强度；再次将各辐射干扰单元区的辐射电场强度与辐射磁场强度相除获得相应的近场波阻抗；最后，根据各辐射干扰单元区的近场波阻抗的变化，判断辐射为共模辐射，还是差模辐射。该方法能诊断辐射噪声的类型，从而为噪声抑制措施提供设计依据。

Description

一种利用GTEM小室诊断辐射噪声类型的方法

技术领域

本发明涉及一种辐射噪声的测试方法，具体涉及一种利用GTEM小室诊断辐射噪声类型的方法，属于电磁兼容技术领域。

背景技术

现代电力电子产品正面向微型化、智能化，系统的设计也越来越复杂，加上电力电子设备中开关元件的高速开关所产生的系统寄生参数，致使设备遭受传辐射型干扰愈加严重，而且对系统抗电磁干扰能力的要求越来越高。因而，为了节省开发时间，节约开发费用，同时也为产品通过质检部门的检验做好前期准备，对产品进行辐射EMI测试是必不可少的。

辐射EMI测试实质上是一种过程测试，而非一个简单的检验测试，应将之贯穿于产品的整个生产、设计过程中。同时，辐射EMI测试平台对于这个过程测试来讲又是必不可少的，如开域场、10米法、5米法、3米法电波暗室。然而这些方法对于环境的要求非常高，建造价格也很昂贵，中小企业难以承受，从经济角度而言，有必要设计出价格便宜而又实用的多功能GTEM小室。

辐射噪声包括共模噪声与差模噪声，现有利用GTEM小室测试辐射噪声的方法不能诊断辐射噪声的类型，而不同的噪声类型有不同的抑制措施，因此，为了设计合适的噪声抑制措施，必须进行辐射噪声机理诊断，包括共模干扰与差模干扰。然而，现有GTEM小室无法进行辐射机理诊断，从而无法为噪声抑制提供设计依据。

发明内容

本发明目的是提供一种利用GTEM小室诊断辐射噪声类型的方法，该方法能诊断辐射噪声的类型，例如：共模噪声或差模噪声，从而为噪声抑制措施提供设计依据。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种利用GTEM小室诊断辐射噪声类型的方法，其创新在于：包括以下步骤：

步骤一：将被测设备放置于GTEM小室的转台；

步骤二：将所述被测设备的第一水平平面区域划分为若干辐射干扰单元区；

步骤三：调节频谱分析仪的扫描频段，将电场探头和磁场探头分别在所述第一水平平面区域移动，依次对各辐射干扰单元区进行测量，获得第一水平平面区域内各辐射干扰单元区的辐射电场强度和辐射磁场强度；

步骤四：将所述被测设备的第二水平平面区域按步骤二的方式划分为若干辐射干扰单元区，该第二水平平面区域位于第一水平平面区域的上方或下方，以增大相对于被测设备的测试距离，该测试距离为第一水平平面区域或第二水平平面区域与被测设备所在的水平平面区域间的距离；

步骤五：调节频谱分析仪的扫描频段，将电场探头和磁场探头分别在所述第二水平平面区域移动，依次对各辐射干扰单元区进行测量，获得第二水平平面区域内各辐射干扰单元区的辐射电场强度和辐射磁场强度；

步骤六：将各辐射干扰单元区的辐射电场强度与辐射磁场强度相除获得相应的近场波阻抗；

步骤七：依次比较第一水平平面区域内各辐射干扰单元区与第二水平平面区域内相应的辐射干扰单元区的近场波阻抗，如果一个辐射干扰单元区的近场波阻抗值随着测试距离的增大而减小，且该近场波阻抗值大于特征值，则判定该辐射干扰单元区的辐射为共模辐射；如果一个辐射干扰单元区的近场波阻抗小于特征值，且随着测试距离的增大而增加，则判定该辐射干扰单元区的辐射为差模辐射。

上述技术方案中的有关内容解释如下：

1、上述方案中，所述近场波阻抗的特征值为377Ω。

2、上述方案中，所述辐射电场强度根据如下公式获得：

$E_{(V/m)}={10}^{(\frac{E_{\mathrm{dB}(\mathrm{\μV}/m)}}{20}-6)}$

式中E_(V/m)为辐射电场强度，单位为V/m；E_dB(μV/m)为频谱仪测量到的相对辐射电场强度，单位为dBμV/m。

3、上述方案中，所述辐射磁场强度根据如下公式获得：

$H_{(A/m)}={10}^{(\frac{E_{\mathrm{dB}(\mathrm{\μA}/m)}}{20}-6)}$

式中H_(A/m)为辐射磁场强度，单位为A/m；E_dB(μA/m)为频谱仪测量到的相对辐射磁场强度，单位为dBμA/m。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点和效果：

1、本发明测量出电子系统的近场辐射电磁干扰噪声，即包括近场电场辐射噪声和近场磁场辐射噪声，从而判断被测设备的辐射干扰噪声的相对强弱。

2、本发明诊断出电子系统的辐射电磁干扰噪声的种类，即包括辐射共模噪声和辐射差模噪声，为辐射性电磁干扰噪声的抑制方案提供了充分的理论与实践依据，通过测量，并分析波阻抗与测量距离之间的关系，得到被测电路的辐射特性。

3、本发明诊断出电子系统的辐射电磁干扰噪声源，即找出被测设备产生的电磁干扰噪声是由哪个辐射干扰单元区产生，为辐射性电磁干扰噪声的抑制方案缩小范围。

附图说明

附图1为本实施例GTEM小室诊断辐射机理配套软件流程图；

附图2为本实施例GSM手机辐射诊断测试图；

附图3为本实施例小灵通辐射诊断测试图；

附图4为本实施例GSM手机不同部位近场波阻抗特性，(A)是天线区域，(B)是话筒区域，(C)是听筒区域；

附图5为本本实施例GSM手机不同部位等效辐射模型。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

实施例：一种利用GTEM小室诊断辐射噪声类型的方法

一种利用GTEM小室诊断辐射噪声类型的方法，如附图1所示，包括以下步骤：

步骤一：将被测设备放置于GTEM小室的转台，该被测设备处于工作状态；

步骤二：将所述被测设备的第一水平平面区域划分为若干辐射干扰单元区n_ij；

步骤三：调节频谱分析仪的扫描频段，将电场探头和磁场探头分别在所述第一水平平面区域移动，依次对各辐射干扰单元区进行测量，得到对应的电压值，根据得到的电压值，根据电压值获得第一水平平面区域内各辐射干扰单元区的辐射电场强度和辐射磁场强度；

所述辐射电场强度根据如下公式获得：

$E_{(V/m)}={10}^{(\frac{E_{\mathrm{dB}(\mathrm{\μV}/m)}}{20}-6)}$

式中E_(V/m)为辐射电场强度，单位为V/m；E_dB(μV/m)为频谱仪测量到的相对辐射电场强度，单位为dBμV/m。

所述辐射磁场强度根据如下公式获得：

$H_{(A/m)}={10}^{(\frac{E_{\mathrm{dB}(\mathrm{\μA}/m)}}{20}-6)}$

式中H_(A/m)为辐射磁场强度，单位为A/m；E_dB(μA/m)为频谱仪测量到的相对辐射磁场强度，单位为dBμA/m。

步骤四：将所述被测设备的第二水平平面区按步骤二的方式划分为若干辐射干扰单元区n_ij，该第二水平平面区域位于第一水平平面区域的上方或下方，以改变相对于被测设备的测试距离，以增大相对于被测设备的测试距离，该测试距离为第一水平平面区域或第二水平平面区域与被测设备所在的水平平面区域间的距离；

步骤五：在竖直方向上分别移动电场探头和磁场探头以改变测试距，调节频谱分析仪的扫描频段，将电场探头和磁场探头分别在所述第二水平平面区域移动，依次对各辐射干扰单元区进行测量，获得第二水平平面区域内各辐射干扰单元区的辐射电场强度和辐射磁场强度；

步骤六：将各辐射干扰单元区的辐射电场强度与辐射磁场强度相除获得相应的近场波阻抗；

步骤七：依次比较第一水平平面区域内各辐射干扰单元区与第二水平平面区域内相应的辐射干扰单元区的近场波阻抗，如果一个辐射干扰单元区的近场波阻抗值大于特征值，且随着测试距离的增大而减小，则判定该辐射干扰单元区的辐射为共模辐射；如果一个辐射干扰单元区的近场波阻抗小于特征值377Ω，且随着测试距离的增大而增加，则判定该辐射干扰单元区的辐射为差模辐射。

辐射电磁干扰噪声主要由于非良好接地或接地反射电位引起的等效短直天线构成的电偶极子共模辐射噪声，以及没有很好控制的大信号环路引起的等效环行天线构成的磁偶极子差模辐射噪声。高频情况下，信号地的电位不为零，使得电流返回路径受到影响，这样相当于有一电流从接地点流出，继而产生出共模辐射噪声，此时的电路模型为电偶极子共模模型。同样在高频情况下，电路的大环路走线等效为环状天线，模型为磁偶极子差模模型。

根据电偶极子模型(共模辐射)，可知场强

此时近场辐射场以电场为主，电场的大小与导线长度成正比。近场波阻抗为：

$Z=\frac{E}{H}\≈\frac{1}{r}$

根据磁偶极子模型(差模辐射)，可知场强

此时近场辐射场以磁场为主，磁场的大小与环路面积成正比。近场波阻抗为：

$Z=\frac{E}{H}\≈r$

显然，由以上式可推出，在共模辐射中，波阻抗随着距离的增加而减小。相反，在差模辐射中，波阻抗会随着距离的增加而增大。正是因为近场波阻抗与辐射机理有这样的对应关系，我们可以通过观察近场波阻抗随距离的变化规律来判断待测电路在近场中以何种辐射占主要地位，如果测得的波阻抗有随着距离增大而减小的趋势，则说明该被测电路以共模辐射为主；反之，如果波阻抗的变化趋势为随距离增大而增大，则说明被测电路以差模辐射为主。

通过测量发现某型GSM手机三个部位对应的近场波阻抗特性结果如图2-5所示。发现该GSM手机天线部位的近场波阻抗随测试距离减小而增加，呈现高阻抗特性，且最大增幅可达85.5％；话筒部位呈现低阻抗特性且降幅可达160％；而在听筒部位，辐射场波阻抗与频率无单调关系。根据辐射机理诊断原理，该GSM手机的天线部位以共模辐射为主，话筒部位以差模辐射为主，而听筒部位则为共模与差模辐射的混合场，EMI辐射模型如图5所示。利用同样方法可以诊断某型小灵通的辐射机理，将该两种手机对应不同部位的辐射机理结果整理后见下表。

无线通讯设备	话筒区域	听筒区域	天线区域
				某型GSM手机	差模辐射为主	共模、差模混合	共模辐射为主
某型小灵通	差模辐射为主	共模、差模混合	共模辐射为主

因此，经由本发明所设计的实验平台测得数据得到的电场、磁场随距离的变化趋势和波阻抗变化趋势与理论相吻合。

此外，本发明方法还能诊断出电子系统的辐射电磁干扰噪声的种类(包括辐射共模噪声和辐射差模噪声)，为辐射性电磁干扰噪声的抑制方案提供了充分的理论与实践依据，通过测量，并分析波阻抗与测量距离之间的关系，得到被测电路的辐射特性。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种利用GTEM小室诊断辐射噪声类型的方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：将被测设备放置于GTEM小室的转台；

步骤二：将所述被测设备的第一水平平面区域划分为若干辐射干扰单元区；

步骤三：调节频谱分析仪的扫描频段，将电场探头和磁场探头分别在所述第一水平平面区域移动，依次对各辐射干扰单元区进行测量，获得第一水平平面区域内各辐射干扰单元区的辐射电场强度和辐射磁场强度；

步骤四：将所述被测设备的第二水平平面区域按步骤二的方式划分为若干辐射干扰单元区，该第二水平平面区域位于第一水平平面区域的上方或下方，以增大相对于被测设备的测试距离，该测试距离为第一水平平面区域或第二水平平面区域与被测设备所在的水平平面区域间的距离；

步骤五：调节频谱分析仪的扫描频段，将电场探头和磁场探头分别在所述第二水平平面区域移动，依次对各辐射干扰单元区进行测量，获得第二水平平面区域内各辐射干扰单元区的辐射电场强度和辐射磁场强度；

步骤六：将每个辐射干扰单元区中的辐射电场强度与辐射磁场强度相除获得相应的近场波阻抗；

步骤七：依次比较第一水平平面区域内各辐射干扰单元区与第二水平平面区域内相应的辐射干扰单元区的近场波阻抗，如果一个辐射干扰单元区的近场波阻抗值随着测试距离的增大而减小，且该近场波阻抗值大于特征值，则判定该辐射干扰单元区的辐射为共模辐射；如果一个辐射干扰单元区的近场波阻抗小于特征值，且随着测试距离的增大而增加，则判定该辐射干扰单元区的辐射为差模辐射。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述近场波阻抗的特征值为377Ω。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述辐射电场强度根据如下公式获得： $E_{(V/m)}=10^{(\frac{E_{\mathrm{dB}(\mathrm{\μV}/m)}}{20}-6)}$

式中E_(V/m)为辐射电场强度，单位为V/m；E_dB(μV/m)为频谱仪测量到的相对辐射电场强度，单位为dBμV/m。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述辐射磁场强度根据如下公式获得：

$H_{(A/m)}={10}^{(\frac{E_{\mathrm{dB}(\mathrm{\μA}/m)}}{20}-6)}$

式中H_(A/m)为辐射磁场强度，单位为A/m；E_dB(μA/m)为频谱仪测量到的相对辐射磁场强度，单位为dBμA/m。

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