CN101738558A - 一种利用gtem小室测试辐射电磁干扰噪声的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用GTEM小室测试辐射电磁干扰噪声的方法，首先将被测设备置于GTEM小室的转台上，沿x、y、z维度依次转动该转台至若干个角度，测量被测设备在每个角度时GTEM小室的芯板与底板间的含有辐射电场信息的x维度电压，得到电偶极矩和磁偶极矩，利用多极矩模型通过电偶极矩和磁偶极矩获得辐射电场和辐射磁场公式：将各类测试标准所要求的测试距离代入步骤五所述的辐射电场和辐射磁场公式，得到相应的测试标准所要求的结果。该方法将GTEM小室测试数据转化为多种标准测试结果，便于判断被测设备是否能电磁兼容性检测。

Description

一种利用GTEM小室测试辐射电磁干扰噪声的方法

技术领域

本发明涉及一种GTEM小室的应用，具体涉及一种利用GTEM小室测试辐射电磁干扰噪声的方法，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，且系统的设计也越来越复杂，另一方面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，致使设备遭受传导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。

电磁兼容性测试包括电磁抗扰度测试和辐射EMI测试。然而，现有GTEM小室多为电磁抗扰度测量设备，无法完成辐射EMI测试；对于小部分能够进行辐射EMI测试的GTEM小室而言，由于被测器件辐射噪声的频率介于30MHz至1GHz，因此无法判断究竟是近场测试、远场测试还是近场-远场过渡场测试。被测设备产生的噪声在近场、远场或近场-远场过渡场中有着不同的辐射特性，故现有的能够进行辐射EMI测试的GTEM并不能将测试结果转化为标准测试结果，无法判断被测设备是否通过电磁兼容性检测。

发明内容

本发明目的是提供一种利用GTEM小室测试辐射电磁干扰噪声的方法，该方法将GTEM小室测试数据转化为多种标准测试结果，便于判断被测设备是否能电磁兼容性检测。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种利用GTEM小室测试辐射电磁干扰噪声的方法，其创新在于：包括以下步骤：

步骤一：将被测设备置于GTEM小室的转台上，沿x维度依次转动该转台至若干个角度，测量被测设备在每个角度时GTEM小室的芯板与底板间的含有辐射电场信息的的x维度电压；

步骤二：将被测设备置于GTEM小室的转台上，沿y维度依次转动该转台至若干个角度，测量被测设备在每个角度时GTEM小室的芯板与底板间的含有辐射电场信息的y维度电压；

步骤三：将被测设备置于GTEM小室转台上，沿z维度依次转动该转台至若干个角度，测量被测设备在每个角度时GTEM小室的芯板与底板间的含有辐射电场信息的的z维度电压；

步骤四：将步骤一、二、三所得的芯板与底板间的含有辐射电场信息的的电压值，分别通过方程：

X维度旋转公式 ${\left|{\tilde{b}}_0\left(\mathrm{\α}\right)\right|}^2=|P_{y^{\′}}^2+k_0^2{M}_{x^{\′}}^2{\sin }^2\mathrm{\α}+k_0^2{M}_{z^{\′}}^2{\cos }^2\mathrm{\α}+k_0^2{M}_{x^{\′}}{M}_{z^{\′}}\sin 2\mathrm{\α}|,$

Y维度旋转公式 ${\left|{\tilde{b}}_0\left(\mathrm{\α}\right)\right|}^2=|P_{z^{\′}}^2+k_0^2{M}_{y^{\′}}^2{\sin }^2\mathrm{\α}+k_0^2{M}_{x^{\′}}^2{\cos }^2\mathrm{\α}+k_0^2{M}_{y^{\′}}{M}_{x^{\′}}\sin 2\mathrm{\α}|,---\left(1\right)$

Z维度旋转公式 ${\left|{\tilde{b}}_0\left(\mathrm{\α}\right)\right|}^2=|P_{x^{\′}}^2+k_0^2{M}_{z^{\′}}^2{\sin }^2\mathrm{\α}+k_0^2{M}_{y^{\′}}^2{\cos }^2\mathrm{\α}+k_0^2{M}_{z^{\′}}{M}_{y^{\′}}\sin 2\mathrm{\α}|,$

得到电偶极矩和磁偶极矩，式中，P_x、P_y、P_z为x、y、z方向的电偶极矩，单位为C*m，M_x、M_y、M_z为x、y、z方向的磁偶极矩，单位为A*m²，α：表示角度，单位为rad，b₀：表示电压，单位为V，k₀：为常数，大小等于2π/λ，单位为rad/m，j表示虚部单位。

步骤五：根据步骤四所述的电偶极矩和磁偶极矩通过多极矩模型获得辐射电场和辐射磁场公式：

$E_x=K_E\left\{\right[-\frac{y^2+z^2}{r^2}{g}_1\left(r\right)+g_2\left(r\right)]P_x+\frac{\mathrm{xy}}{r^2}{g}_1\left(r\right)P_y+\frac{\mathrm{zx}}{r^2}{g}_1\left(r\right)P_z+\frac{z}{r}{g}_3\left(r\right)k_0{M}_y-\frac{y}{r}{g}_3\left(r\right)k_0{M}_z\}$

$E_y=K_E\{\frac{\mathrm{xy}}{r^2}{g}_1\left(r\right)P_x+[-\frac{z^2+x^2}{r^2}{g}_1\left(r\right)+g_2\left(r\right)]P_y+\frac{\mathrm{yz}}{r^2}{g}_1\left(r\right)P_z-\frac{z}{r}{g}_3\left(r\right)k_0{M}_x+\frac{x}{r}{g}_3\left(r\right)k_0{M}_z\}$

$E_z=K_E\{\frac{\mathrm{zx}}{r^2}{g}_1\left(r\right)P_x+\frac{\mathrm{yz}}{r^2}{g}_1\left(r\right)P_y+[-\frac{x^2+y^2}{r^2}{g}_1\left(r\right)+g_2\left(r\right)]P_z+\frac{y}{r}{g}_3\left(r\right)k_0{M}_x-\frac{x}{r}{g}_3\left(r\right)k_0{M}_y\}$

$H_x=K_H\left\{\right[-\frac{y^2+z^2}{r^2}{g}_1\left(r\right)+g_2\left(r\right)]k_0{M}_x+\frac{\mathrm{xy}}{r^2}{g}_1\left(r\right)k_0{M}_y+\frac{\mathrm{zx}}{r^2}{g}_1\left(r\right)k_0{M}_z+\frac{z}{r}{g}_3\left(r\right)P_y-\frac{y}{r}{g}_3\left(r\right)P_z\}$

$H_y=K_H\{\frac{\mathrm{xy}}{r^2}{g}_1\left(r\right)k_0{M}_x+[-\frac{z^2+x^2}{r^2}{g}_1\left(r\right)+g_2\left(r\right)]k_0{M}_y+\frac{\mathrm{yz}}{r^2}{g}_1\left(r\right)k_0{M}_z-\frac{z}{r}{g}_3\left(r\right)P_x+\frac{x}{r}{g}_3\left(r\right)P_z\}$

$H_z=K_H\{\frac{\mathrm{zx}}{r^2}{g}_1\left(r\right)k_0{M}_x+\frac{\mathrm{yz}}{r^2}{g}_1\left(r\right)k_0{M}_y+[-\frac{x^2+y^2}{r^2}{g}_1\left(r\right)+g_2\left(r\right)]k_0{M}_z+\frac{y}{r}{g}_3\left(r\right)P_x-\frac{x}{r}{g}_3\left(r\right)P_y\}$

其中，r为场点与原点间的距离，即测试距离，x、y、z分别为场点与原点间的x轴、y轴、z轴方向距离，E_X、E_y、E_z为x、y、z方向的辐射电场，H_x、H_y、H_z为x、y、z方向的辐射磁场，P_x、P_y、P_z为x、y、z方向的电偶极矩，M_x、M_y、M_z为x、y、z方向的磁偶极矩，j表示虚部单位。

公式中：

$f\left(r\right)=\frac{e^{-j{k}_{0}r}}{r}---\left(3\right)$

$K_E=-j\frac{k_0{\mathrm{\η}}_0}{4\mathrm{\π}}---\left(4\right)$

$K_H=\frac{k_0}{4\mathrm{\π}}---\left(5\right)$

$g_1\left(r\right)=[\frac{3}{{\left(k_{0}r\right)}^2}+j\frac{3}{k_{0}r}-1]f\left(r\right)---\left(6\right)$

$g_2\left(r\right)=[\frac{2}{{\left(k_{0}r\right)}^2}+j\frac{2}{k_{0}r}]f\left(r\right)---\left(7\right)$

式中，r为场点与原点间的距离，即测试距离，单位为m，x、y、z分别为场点与原点间的x轴、y轴、z轴方向距离，单位为m，E_X、E_y、E_z为x、y、z方向的辐射电场，单位为V/m，H_x、H_y、H_z为x、y、z方向的辐射磁场，单位为A/m，P_x、P_y、P_z为x、y、z方向的电偶极矩，单位为C*m，M_x、M_y、M_z为x、y、z方向的磁偶极矩，单位为A*m²，j表示虚部单位，η₀表示自由空间波阻抗，大小为120π，单位为欧姆。

步骤六：将各类测试标准所要求的测试距离代入步骤五所述的辐射电场和辐射磁场公式，得到相应的测试标准所要求的结果。

上述技术方案中的有关内容解释如下：

1、上述方案中，所述若干个角度为三个角度，依次为0、π/4、-π/4。

2、上述方案中，所述芯板与底板间的电压依次为：

沿x维度将被测设备转动0、π/4、-π/4，则芯板与底板间的电压分别为：

$b_{21}=|P_{z^{\′}}^2+k_0^2{M}_{x^{\′}}^2|$

$b_{22}=|P_{z^{\′}}^2+\frac{1}{2}{k}_0^2{M}_{y^{\′}}^2+\frac{1}{2}{k}_0^2{M}_{x^{\′}}^2+k_0^2{M}_{y^{\′}}{M}_{x^{\′}}|$

$b_{23}=|P_{z^{\′}}^2+\frac{1}{2}{k}_0^2{M}_{y^{\′}}^2+\frac{1}{2}{k}_0^2{M}_{x^{\′}}^2-k_0^2{M}_{y^{\′}}{M}_{x^{\′}}|$

沿y维度将被测设备转动0、π/4、-π/4，则芯板与底板间的电压分别为：

$b_{21}=|P_{z^{\′}}^2+k_0^2{M}_{x^{\′}}^2|$

$b_{22}=|P_{z^{\′}}^2+\frac{1}{2}{k}_0^2{M}_{y^{\′}}^2+\frac{1}{2}{k}_0^2{M}_{x^{\′}}^2+k_0^2{M}_{y^{\′}}{M}_{x^{\′}}|$

$b_{23}=|P_{z^{\′}}^2+\frac{1}{2}{k}_0^2{M}_{y^{\′}}^2+\frac{1}{2}{k}_0^2{M}_{x^{\′}}^2-k_0^2{M}_{y^{\′}}{M}_{x^{\′}}|$

沿z维度将被测设备转动0、π/4、-π/4，则芯板与底板间的电压分别为：

$b_{31}=|P_{x^{\′}}^2+k_0^2{M}_{y^{\′}}^2|$

$b_{32}=|P_{x^{\′}}^2+\frac{1}{2}{k}_0^2{M}_{z^{\′}}^2+\frac{1}{2}{k}_0^2{M}_{y^{\′}}^2+k_0^2{M}_{z^{\′}}{M}_{y^{\′}}|$

$b_{33}=|P_{x^{\′}}^2+\frac{1}{2}{k}_0^2{M}_{z^{\′}}^2+\frac{1}{2}{k}_0^2{M}_{y^{\′}}^2-k_0^2{M}_{z^{\′}}{M}_{y^{\′}}|$

式中，b₁₁，b₁₂，b₁₃表示x维度不同角度的电压值，单位V；b₂₁，b₂₂，b₂₃表示y维度不同角度的电压值，单位V；b₃₁，b₃₂，b₃₃表示z维度不同角度的电压值，单位V。

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、本发明克服了现有GTEM小室测试方法未多角度测试辐射EMI噪声的缺点。从多角度测试辐射EMI噪声，得到的数据更加可靠。

2、本发明克服了现有GTEM小室无法进行辐射EMI标准测试的缺点，将测试结果转变为3米法、5米法、10米法电波暗室或开域场测试结果，从而与各类标准进行比对，如FCC标准、IEC标准、GB标准等。

3、本发明克服了现有GTEM小室缺乏依据的缺点。本发明采用多极矩模型分析被测设备产生的辐射干扰噪声，得到了多极矩模型的辐射电磁场公式，为辐射EMI测试提供了依据且操作简单。

附图说明

附图1为本发明辐射EMI测试步骤示意图；

附图2为本发明辐射EMI数据处理流程图示意图；

附图3为本发明转台分别按x、y、z维度转动示意图。

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小室测试辐射电磁干扰噪声的方法，如附图1、2所示：

第一步：将被测设备置于GTEM小室的转台上，如附图3所示，沿x维度依次转动该转台至0、π/4、-π/4角度，测量被测设备在每个角度时GTEM小室的芯板与底板间的含有辐射电场信息的的x维度电压，：

第二步：将被测设备置于GTEM小室的转台上，如附图3所示，沿y维度依次转动该转台至0、π/4、-π/4角度，测量被测设备在每个角度时GTEM小室的芯板与底板间的含有辐射电场信息的y维度电压；

第三步：将被测设备置于GTEM小室的转台上，如附图3所示，沿z维度依次转动该转台至0、π/4、-π/4角度，测量被测设备在每个角度时GTEM小室的芯板与底板间的含有辐射电场信息的的z维度电压；

第四步：由于被测设备沿不同维度转动不同转动角度时，芯板与底板间的电压是不同的，即辐射电场是不同的，但电偶极矩和磁偶极矩却是不变的，

此外，GTEM小室内部电偶极矩和磁偶极矩产生的辐射电场与芯板、底板间电压成正比。所以，将被测设备沿不同维度转动不同转动角度，测量芯板与底板间的电压就可以得到九个关于电偶极矩和磁偶极矩的方程，求解这九个方程即可得到电偶极矩和磁偶极矩；因此本步骤将步骤一、二、三所得的芯板与底板间的含有辐射电场信息的的x维度、y维度、z维度的电压值，通过方程：

X维度旋转公式 ${\left|{\tilde{b}}_0\left(\mathrm{\α}\right)\right|}^2=|P_{y^{\′}}^2+k_0^2{M}_{x^{\′}}^2{\sin }^2\mathrm{\α}+k_0^2{M}_{z^{\′}}^2{\cos }^2\mathrm{\α}+k_0^2{M}_{x^{\′}}{M}_{z^{\′}}\sin 2\mathrm{\α}|,$

Y维度旋转公式 ${\left|{\tilde{b}}_0\left(\mathrm{\α}\right)\right|}^2=|P_{z^{\′}}^2+k_0^2{M}_{y^{\′}}^2{\sin }^2\mathrm{\α}+k_0^2{M}_{x^{\′}}^2{\cos }^2\mathrm{\α}+k_0^2{M}_{y^{\′}}{M}_{x^{\′}}\sin 2\mathrm{\α}|---\left(1\right)$

Z维度旋转公式 ${\left|{\tilde{b}}_0\left(\mathrm{\α}\right)\right|}^2=|P_{x^{\′}}^2+k_0^2{M}_{z^{\′}}^2{\sin }^2\mathrm{\α}+k_0^2{M}_{y^{\′}}^2{\cos }^2\mathrm{\α}+k_0^2{M}_{z^{\′}}{M}_{y^{\′}}\sin 2\mathrm{\α}|,$

得到电偶极矩和磁偶极矩，式中，P_x、P_y、P_z为x、y、z方向的电偶极矩，单位为C*m，M_x、M_y、M_z为x、y、z方向的磁偶极矩，单位为A*m²，α：表示角度，单位为rad，b₀：表示电压，单位为V，k₀：为常数，大小等于2π/λ，单位为rad/m，j表示虚部单位。

具体依次为：

沿x维度将被测设备转动0、π/4、-π/4，则芯板与底板间的电压分别为：

$b_{11}=|P_{y^{\′}}^2+k_0^2{M}_{z^{\′}}^2|$

$b_{12}=|P_{y^{\′}}^2+\frac{1}{2}{k}_0^2{M}_{x^{\′}}^2+\frac{1}{2}{k}_0^2{M}_{z^{\′}}^2+k_0^2{M}_{x^{\′}}{M}_{z^{\′}}|$

$b_{13}=|P_{y^{\′}}^2+\frac{1}{2}{k}_0^2{M}_{x^{\′}}^2+\frac{1}{2}{k}_0^2{M}_{z^{\′}}^2-k_0^2{M}_{x^{\′}}{M}_{z^{\′}}|$

沿y维度将被测设备转动0、π/4、-π/4，则芯板与底板间的电压分别为：

$b_{21}=|P_{z^{\′}}^2+k_0^2{M}_{x^{\′}}^2|$

$b_{22}=|P_{z^{\′}}^2+\frac{1}{2}{k}_0^2{M}_{y^{\′}}^2+\frac{1}{2}{k}_0^2{M}_{x^{\′}}^2+k_0^2{M}_{y^{\′}}{M}_{x^{\′}}|$

$b_{23}=|P_{z^{\′}}^2+\frac{1}{2}{k}_0^2{M}_{y^{\′}}^2+\frac{1}{2}{k}_0^2{M}_{x^{\′}}^2-k_0^2{M}_{y^{\′}}{M}_{x^{\′}}|$

沿z维度将被测设备转动0、π/4、-π/4，则芯板与底板间的电压分别为：

$b_{31}=|P_{x^{\′}}^2+k_0^2{M}_{y^{\′}}^2|$

$b_{32}=|P_{x^{\′}}^2+\frac{1}{2}{k}_0^2{M}_{z^{\′}}^2+\frac{1}{2}{k}_0^2{M}_{y^{\′}}^2+k_0^2{M}_{z^{\′}}{M}_{y^{\′}}|$

$b_{33}=|P_{x^{\′}}^2+\frac{1}{2}{k}_0^2{M}_{z^{\′}}^2+\frac{1}{2}{k}_0^2{M}_{y^{\′}}^2-k_0^2{M}_{z^{\′}}{M}_{y^{\′}}|$

式中，b₁₁，b₁₂，b₁₃表示x维度不同角度的电压值，单位V；b₂₁，b₂₂，b₂₃表示y维度不同角度的电压值，单位V；b₃₁，b₃₂，b₃₃表示z维度不同角度的电压值，单位V。

第五步：根据步骤四所述的电偶极矩和磁偶极矩通过多极矩模型获得辐射电场和辐射磁场公式：

$E_x=K_E\left\{\right[-\frac{y^2+z^2}{r^2}{g}_1\left(r\right)+g_2\left(r\right)]P_x+\frac{\mathrm{xy}}{r^2}{g}_1\left(r\right)P_y+\frac{\mathrm{zx}}{r^2}{g}_1\left(r\right)P_z+\frac{z}{r}{g}_3\left(r\right)k_0{M}_y-\frac{y}{r}{g}_3\left(r\right)k_0{M}_z\}$

$E_y=K_E\{\frac{\mathrm{xy}}{r^2}{g}_1\left(r\right)P_x+[-\frac{z^2+x^2}{r^2}{g}_1\left(r\right)+g_2\left(r\right)]P_y+\frac{\mathrm{yz}}{r^2}{g}_1\left(r\right)P_z-\frac{z}{r}{g}_3\left(r\right)k_0{M}_x+\frac{x}{r}{g}_3\left(r\right)k_0{M}_z\}$

$E_z=K_E\{\frac{\mathrm{zx}}{r^2}{g}_1\left(r\right)P_x+\frac{\mathrm{yz}}{r^2}{g}_1\left(r\right)P_y+[-\frac{x^2+y^2}{r^2}{g}_1\left(r\right)+g_2\left(r\right)]P_z+\frac{y}{r}{g}_3\left(r\right)k_0{M}_x-\frac{x}{r}{g}_3\left(r\right)k_0{M}_y\}$

$H_x=K_H\left\{\right[-\frac{y^2+z^2}{r^2}{g}_1\left(r\right)+g_2\left(r\right)]k_0{M}_x+\frac{\mathrm{xy}}{r^2}{g}_1\left(r\right)k_0{M}_y+\frac{\mathrm{zx}}{r^2}{g}_1\left(r\right)k_0{M}_z+\frac{z}{r}{g}_3\left(r\right)P_y-\frac{y}{r}{g}_3\left(r\right)P_z\}$

$H_y=K_H\{\frac{\mathrm{xy}}{r^2}{g}_1\left(r\right)k_0{M}_x+[-\frac{z^2+x^2}{r^2}{g}_1\left(r\right)+g_2\left(r\right)]k_0{M}_y+\frac{\mathrm{yz}}{r^2}{g}_1\left(r\right)k_0{M}_z-\frac{z}{r}{g}_3\left(r\right)P_x+\frac{x}{r}{g}_3\left(r\right)P_z\}$

$H_z=K_H\{\frac{\mathrm{zx}}{r^2}{g}_1\left(r\right)k_0{M}_x+\frac{\mathrm{yz}}{r^2}{g}_1\left(r\right)k_0{M}_y+[-\frac{x^2+y^2}{r^2}{g}_1\left(r\right)+g_2\left(r\right)]k_0{M}_z+\frac{y}{r}{g}_3\left(r\right)P_x-\frac{x}{r}{g}_3\left(r\right)P_y\}$

其中，r为场点与原点间的距离，即测试距离，x、y、z分别为场点与原点间的x轴、y轴、z轴方向距离，E_X、E_y、E_z为x、y、z方向的辐射电场，H_x、H_y、H_z为x、y、z方向的辐射磁场，P_x、P_y、P_z为x、y、z方向的电偶极矩，M_x、M_y、M_z为x、y、z方向的磁偶极矩，

公式中：

$f\left(r\right)=\frac{e^{-j{k}_{0}r}}{r}---\left(3\right)$

$K_E=-j\frac{k_0{\mathrm{\η}}_0}{4\mathrm{\π}}---\left(4\right)$

$K_H=\frac{k_0}{4\mathrm{\π}}---\left(5\right)$

$g_1\left(r\right)=[\frac{3}{{\left(k_{0}r\right)}^2}+j\frac{3}{k_{0}r}-1]f\left(r\right)---\left(6\right)$

$g_2\left(r\right)=[\frac{2}{{\left(k_{0}r\right)}^2}+j\frac{2}{k_{0}r}]f\left(r\right)---\left(7\right)$

$g_3\left(r\right)=[\frac{1}{k_{0}r}+j]f\left(r\right)---\left(8\right)$

式中，r为场点与原点间的距离，即测试距离，单位为m，x、y、z分别为场点与原点间的x轴、y轴、z轴方向距离，单位为m，E_X、E_y、E_z为x、y、z方向的辐射电场，单位为V/m，H_x、H_y、H_z为x、y、z方向的辐射磁场，单位为A/m，P_x、P_y、P_z为x、y、z方向的电偶极矩，单位为C*m，M_x、M_y、M_z为x、y、z方向的磁偶极矩，单位为A*m²，j表示虚部单位，η₀表示自由空间波阻抗，大小为120π，单位为欧姆。

多极矩模型(电偶极矩和磁偶极矩)产生的辐射电场和辐射磁场可以用麦克斯韦方程组，镜像法原理、安培环路定则、格林函数法求解，最终得到多极矩模型下的辐射电场和辐射磁场计算公式。

第六步：将各类测试标准所要求的测试距离代入步骤五所述的辐射电场和辐射磁场公式，得到相应的测试标准所要求的结果。各类标准对测试距离有不同的规定，如FCC标准、GB标准、EN标准、IEC标准等，但测试距离均被限定为3米、5米、10米或20米。因此，仅需将不同的测试距离r代入第五步得到的多极矩模型下的辐射电场和辐射磁场计算公式，即可求解各类标准辐射EMI测试结果，甚至还可以得到任意测试距离的辐射EMI测试结果

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 (3)

1.一种利用GTEM小室测试辐射电磁干扰噪声的方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：将被测设备置于GTEM小室的转台上，沿x维度依次转动该转台至若干个角度，测量被测设备在每个角度时GTEM小室的芯板与底板间含有辐射电场信息的x维度电压；

步骤二：将被测设备置于GTEM小室的转台上，沿y维度依次转动该转台至若干个角度，测量被测设备在每个角度时GTEM小室的芯板与底板间含有辐射电场信息的y维度电压；

步骤三：将被测设备置于GTEM小室的转台上，沿z维度依次转动该转台至若干个角度，测量被测设备在每个角度时GTEM小室的芯板与底板间含有辐射电场信息的z维度电压；

步骤四：将步骤一、二、三所得的芯板与底板间含有辐射电场信息的电压值，分别通过方程：

X维度旋转公式 ${\left|{\tilde{b}}_0\left(\mathrm{\α}\right)\right|}^2=|P_{y^{\′}}^2+k_0^2{M}_{x^{\′}}^2{\sin }^2\mathrm{\α}+k_0^2{M}_{z^{\′}}^2{\cos }^2\mathrm{\α}+k_0^2{M}_{x^{\′}}{M}_{z^{\′}}\sin 2\mathrm{\α}|,$

Y维度旋转公式 ${\left|{\tilde{b}}_0\left(\mathrm{\α}\right)\right|}^2=|P_{z^{\′}}^2+k_0^2{M}_{y^{\′}}^2{\sin }^2\mathrm{\α}+k_0^2{M}_{x^{\′}}^2{\cos }^2\mathrm{\α}+k_0^2{M}_{y^{\′}}{M}_{x^{\′}}\sin 2\mathrm{\α}|,---\left(1\right)$

Z维度旋转公式 ${\left|{\tilde{b}}_0\left(\mathrm{\α}\right)\right|}^2=|P_{x^{\′}}^2+k_0^2{M}_{z^{\′}}^2{\sin }^2\mathrm{\α}+k_0^2{M}_{y^{\′}}^2{\cos }^2\mathrm{\α}+k_0^2{M}_{z^{\′}}{M}_{y^{\′}}\sin 2\mathrm{\α}|,$

得到电偶极矩和磁偶极矩，式中，P_x、P_y、P_z为x、y、z方向的电偶极矩，单位为C*m，M_x、M_y、M_z为x、y、z方向的磁偶极矩，单位为A*m²，α：表示角度，单位为rad，b₀：表示电压，单位为V，k₀：为常数，大小等于2π/λ，单位为rad/m；

步骤五：根据步骤四所述的电偶极矩和磁偶极矩通过多极矩模型获得辐射电场和辐射磁场公式：

$E_x=K_E\left\{\right[-\frac{y_2+z^2}{r^2}{g}_1\left(r\right)+g_2\left(r\right)]P_x+\frac{\mathrm{xy}}{r^2}{g}_1\left(r\right)P_y+\frac{\mathrm{zx}}{r^2}{g}_1\left(r\right)P_z+\frac{z}{r}{g}_3\left(r\right)k_0{M}_y-\frac{y}{r}{g}_3\left(r\right)k_0{M}_z\}$

$E_y=K_E\{\frac{\mathrm{xy}}{r^2}{g}_1\left(r\right)P_x+[-\frac{z^2+x^2}{r^2}{g}_1\left(r\right)+g_2\left(r\right)]P_y+\frac{\mathrm{yz}}{r^2}{g}_1\left(r\right)P_z-\frac{z}{r}{g}_3\left(r\right)k_0{M}_x+\frac{x}{r}{g}_3\left(r\right)k_0{M}_z\}$

$E_z=K_E\{\frac{\mathrm{zx}}{r^2}{g}_1\left(r\right)P_x+\frac{\mathrm{yz}}{r^2}{g}_1\left(r\right)P_y+[-\frac{x^2+y^2}{r^2}{g}_1\left(r\right)+g_2\left(r\right)]P_z+\frac{y}{r}{g}_3\left(r\right)g_0{M}_x-\frac{x}{r}{g}_3\left(r\right)k_0{M}_y\}---\left(2\right)$

$H_x=K_H\left\{\right[-\frac{y^2+z^2}{r^2}{g}_1\left(r\right)+g_2\left(r\right)]k_0{M}_x+\frac{\mathrm{xy}}{r^2}{g}_1\left(r\right)k_0{M}_y+\frac{\mathrm{zx}}{r^2}{g}_1\left(r\right)k_0{M}_z+\frac{z}{r}{g}_3\left(r\right)P_y-\frac{y}{r}{g}_3\left(r\right)P_z\}$

$H_y=K_H\{\frac{\mathrm{xy}}{r^2}{g}_1\left(r\right)k_0{M}_x+[-\frac{z^2+x^2}{r^2}{g}_1\left(r\right)+g_2\left(r\right)]k_0{M}_y+\frac{\mathrm{yz}}{r^2}{g}_1\left(r\right)k_0{M}_z-\frac{z}{r}{g}_3\left(r\right)P_x+\frac{x}{r}{g}_3\left(r\right)P_z\}$

$H_z=K_H\{\frac{\mathrm{zx}}{r^2}{g}_1\left(r\right)k_0{M}_x+\frac{\mathrm{yz}}{r^2}{g}_1\left(r\right)k_0{M}_y+[-\frac{x^2+y^2}{r^2}{g}_1\left(r\right)+g_2\left(r\right)]k_0{M}_z+\frac{y}{r}{g}_3\left(r\right)P_x-\frac{x}{r}{g}_3\left(r\right)P_y\}$

公式中：

$f\left(r\right)=\frac{e^{-j{k}_{0}r}}{r}---\left(3\right)$

$K_E=-j\frac{k_0{\mathrm{\η}}_0}{4\mathrm{\π}}---\left(4\right)$

$K_H=\frac{k_0}{4\mathrm{\π}}---\left(5\right)$

$g_1\left(r\right)=[\frac{3}{{\left(k_{0}r\right)}^2}+j\frac{3}{k_{0}r}-1]f\left(r\right)---\left(6\right)$

$g_2\left(r\right)=[\frac{2}{{\left(k_{0}r\right)}^2}+j\frac{2}{k_{0}r}]f\left(r\right)---\left(7\right)$

$g_3\left(r\right)=[\frac{1}{k_{0}r}+j]f\left(r\right)---\left(8\right)$

式中，r为场点与原点间的距离，即测试距离，单位为m，x、y、z分别为场点与原点间的x轴、y轴、z轴方向距离，单位为m，E_X、E_y、E_z为x、y、z方向的辐射电场，单位为V/m，H_x、H_y、H_z为x、y、z方向的辐射磁场，单位为A/m，P_x、P_y、P_z为x、y、z方向的电偶极矩，单位为C*m，M_x、M_y、M_z为x、y、z方向的磁偶极矩，单位为A*m²，j表示虚部单位，η₀表示自由空间波阻抗，大小为120π，单位为欧姆；

步骤六：将各类测试标准所要求的测试距离代入步骤五所述的辐射电场和辐射磁场公式，得到相应的测试标准所要求的结果。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述若干个角度为三个角度，依次为0、π/4、-π/4。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述芯板与底板间的电压依次为：

沿x维度将被测设备转动0、π/4、-π/4，则芯板与底板间的电压分别为：

$b_{11}=|P_{y^{\′}}^2+k_0^2{M}_{z^{\′}}^2|$

$b_{12}=|P_{y^{\′}}^2+\frac{1}{2}{k}_0^2{M}_{x^{\′}}^2+\frac{1}{2}{k}_0^2{M}_{z^{\′}}^2+k_0^2{M}_{x^{\′}}{M}_{z^{\′}}|---\left(9\right)$

$b_{13}=|P_{y^{\′}}^2+\frac{1}{2}{k}_0^2{M}_{x^{\′}}^2+\frac{1}{2}{k}_0^2{M}_{z^{\′}}^2-k_0^2{M}_{x^{\′}}{M}_{z^{\′}}|$

沿y维度将被测设备转动0、π/4、-π/4，则芯板与底板间的电压分别为：

$b_{21}=|P_{z^{\′}}^2+k_0^2{M}_{x^{\′}}^2|$

$b_{22}=|P_{z^{\′}}^2+\frac{1}{2}{k}_0^2{M}_{y^{\′}}^2+\frac{1}{2}{k}_0^2{M}_{x^{\′}}^2+k_0^2{M}_{y^{\′}}{M}_{x^{\′}}|---\left(10\right)$

$b_{23}=|P_{z^{\′}}^2+\frac{1}{2}{k}_0^2{M}_{y^{\′}}^2+\frac{1}{2}{k}_0^2{M}_{x^{\′}}^2-k_0^2{M}_{y^{\′}}{M}_{x^{\′}}|$

沿z维度将被测设备转动0、π/4、-π/4，则芯板与底板间的电压分别为：

$b_{31}=|P_{x^{\′}}^2+k_0^2{M}_{y^{\′}}^2|$

$b_{32}=|P_{x^{\′}}^2+\frac{1}{2}{k}_0^2{M}_{z^{\′}}^2+\frac{1}{2}{k}_0^2{M}_{y^{\′}}^2+k_0^2{M}_{z^{\′}}{M}_{y^{\′}}|---\left(11\right)$

$b_{33}=|P_{x^{\′}}^2+\frac{1}{2}{k}_0^2{M}_{z^{\′}}^2+\frac{1}{2}{k}_0^2{M}_{y^{\′}}^2-k_0^2{M}_{z^{\′}}{M}_{y^{\′}}|$

式中，b₁₁，b₁₂，b₁₃表示x维度不同角度的电压值，单位V；b₂₁，b₂₂，b₂₃表示y维度不同角度的电压值，单位V；b₃₁，b₃₂，b₃₃表示z维度不同角度的电压值，单位V。

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