CN102735972A - 一种无源产品电磁泄漏度检测方法 - Google Patents

一种无源产品电磁泄漏度检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种无源产品电磁泄漏度检测方法，包括以下步骤：确定用于被测无源产品接收天线的远场条件；根据所述远场条件对接收天线的无遮挡输出功率进行校准；将被测无源产品连接于信号源与匹配负载之间，并根据所述远场条件布置所述接收天线相对于所述无源产品的位置；所述信号源将产生的测试信号输入到被测无源产品中，获取所述接收天线的有遮挡接收功率；根据下式确定被测无源产品的电磁泄漏度SE∶SE＝1/2*Pt1+Pr2+101g(λ/(4πR))-3/2*Pr1，采用本发明实现了对无源产品电磁泄漏度的检测。

Description

一种无源产品电磁泄漏度检测方法
技术领域
本发明属于电磁泄漏度检测技术领域，特别涉及一种无源产品电磁泄漏度检测方法。
背景技术
电磁泄漏度的检测主要用于具有屏蔽性能的壳体、方舱、屏蔽室等。从公开刊物及公开渠道上所了解到的国内外关于电磁泄漏度(屏蔽效能)的检测方法情况如下：
1)用于方舱、屏蔽室等屏蔽体的电磁屏蔽度方法，有国标GB12190(高性能屏蔽室屏蔽效能的测量方法)，将接收天线和发射天线分别放置到屏蔽体的里面和外面进行测试。此标准规定的方法适用于在屏蔽体内可放置发射或接收天线的情况下，但是并不适用于屏蔽体内无法放置天线的产品，且Ka频段无源产品体积小，内部无法放置天线。
2)用于射频电缆的屏蔽效能测试方法，国内外主要采用电磁吸收钳的方式。用电磁吸收钳接收电缆上的电磁泄漏，与射频电缆的输入功率进行比较得出射频电缆的屏蔽效能值。此方法仅针对具有固定款式的射频电缆适用，电磁吸收钳由于内径小，只能穿过细小的电缆。但是，Ka频段无源结构复杂，体型不规则，电磁吸收钳无法穿过此类无源产品，且电磁吸收钳一般工作频率在1GHz以下，采用此方法以不能适用。
3)用于射频接头的屏蔽效能测试方法，国内外采用专用的射频接头的谐振腔体，通过谐振腔体接收的功率和射频接头的输入功率比值，可得到射频接头的屏蔽效能值。射频接头形体小巧且比较规则，其谐振腔体易于加工和设计，而Ka频段无源产品结构复杂，相对射频接头体型巨大，谐振腔体设计难度大，同样无法使用此方法。
4)用于空间无源产品电磁泄漏度的测试。采用电磁场互易原理，采用接收无源产品的电磁泄漏和给无源产品施加电磁场的方法得到无源产品电磁泄漏度值。此方法受到检测探头的限制，无法对18GHz以上的无源产品进行检测，故此方法不适用。
发明内容
本发明的技术解决问题是：针对现有技术的不足，提供了一种无源产品电磁泄漏度检测方法，实现了对无源产品电磁泄漏度的检测。
本发明的技术解决方案是：
本发明所述方法以屏蔽效能理论为依据。在无源产品外部放置一个接收天线，假设无源产品内部有一个理想点源，以理想点源作为发射天线，分别测试放置无源产品时接收天线的接收功率和不放置无源产品时接收天线的接收功率。当理想点源输入功率相同时，两个接收功率的差值就是无源产品在该方向上的屏蔽效能，即电磁泄漏度值。测量时取最大泄漏值为无源产品的电磁泄漏度。
根据上述理论，本发明所述方法的步骤为：
步骤1：确定用于被测无源产品接收天线的远场条件；
步骤2：根据所述远场条件对接收天线的无遮挡输出功率进行校准；
步骤3：将被测无源产品连接于信号源与匹配负载之间，并根据所述远场条件布置所述接收天线相对于所述无源产品的位置；
步骤4：所述信号源将产生的测试信号输入到被测无源产品中，获取所述接收天线的有遮挡输出功率；
步骤5：根据下式确定被测无源产品的电磁泄漏度SE：
SE＝1/2*Pt1+Pr2+101g(λ/(4πR))-3/2*Pr1
其中，Pt1为所述发射天线和被测无源产品的输入功率；Pr1为所述接收天线无遮挡输出功率；Pr2为所述接收天线有遮挡时输出功率；λ为对应于所述测试频率的波长；R为所述发射天线和接收天线的测试距离。
进一步的，所述接收天线的优选工作频率为18GHz-40GHz。
进一步的，在所述步骤3中，所述被测无源产品布置于非导电桌面上。
进一步的，在所述步骤3中，所述接收天线在远场条件下从多个不同极化和方位相对于所述无源产品进行布置。
进一步的，在所述步骤4中，所述信号源分别产生对应于无源产品各通道中心频率、距高端频率-5％和低端频率+5％的测试信号。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
无源产品的多样性和结构复杂性，使得无源产品的电磁泄漏检测非常困难。Ka或以上频段的试验用的发射天线和接收天线由于物理尺寸较小，则天线的远场距离较近，可以在实验室中满足天线的远场条件，通过将天线增益理论、屏蔽效能理论和无源产品的电磁泄漏度检测相结合，利用单个接收天线在无遮挡输出功率和加入被测无源产品后的有遮挡输出功率实现了无源产品的电磁泄露度检测。
附图说明
图1为本发明方法流程图；
图2为接收天线无遮挡接收增益校准示意图；
图3为被测无源产品和接收天线布置图1；
图4为被测无源产品和接收天线布置图2；
图5为两根射频电缆校准示意图。
具体实施方式
下面就结合附图对本发明做进一步介绍。
以上述屏蔽效能理论为依据，本发明利用单个接收天线对无源产品的电磁泄漏度进行检测的方法可通过下述过程进行获得。
由于理想点源的理论是在远场条件下才能成立，因此接收天线的测试需在远场条件进行。假设在无源产品内部布置有与接收天线相同的发射天线，则按照远场条件，应该满足R＞2D2/λ，其中，R为发射天线与接收天线间的测试距离；D为接收天线的对角线长度；λ为进行测试时，发射天线与接收天线工作频率所对应的波长。
在满足上述远场条件下，发射天线与接收天线间的传输公式有：
Pr＝Pt*Gt*Gr*(λ/(4πR))2
上式中：Pt为发射天线输入功率；Gt：发射天线增益；Pr：接收天线输出功率；Gr：接收天线增益。
将上式以对数形式表示，则有：
Pr＝Pt+Gt+Gr+201g(λ/(4πR))                                   1)
天线增益可描述为天线在远区某方向上场强保持相同时，在由(θ，φ)表征的方向下，理想的点源输入功率与该天线的输入功率之比，即：
G(θ，φ)＝Po/Pt
上式中：Po为理想点源的输入功率；Pt为天线的输入功率；θ为电场角度；φ为磁场角度。
进一步，将上式以对数形式表示：
Pt＝Po-G(θ，φ)                                               2)
对一个屏蔽体进行屏蔽效能测试时，首先在空场下对接收天线的无屏蔽接收增益进行校准，将发射天线与接收天线相隔一定距离放置，在设置的工作频率下，可得到一组发射天线输入功率和接收天线输出功率。进一步的，当发射和接收天线相对位置不变，在两个天线中间放置屏蔽体的一个屏蔽墙时，又可得到一组发射天线输入功率和接收天线输出功率。则根据下面屏蔽效能的计算公式，则可得到屏蔽体在设定的工作频率下的屏蔽效能值SE：
SE＝Pr2-Pt2-(Pr1-Pt1)                                         3)
上式中：Pt1为无屏蔽时的发射天线输入功率；Pt2为有屏蔽时的发射天线输入功率；Pr1为无屏蔽时的接收天线输出功率；Pr2为有屏蔽时的接收天线输出功率；
假设发射天线用一个理想点源代替，则将公式3)中的Pt1用公式2)的Pt代替，即可得
SE＝Pr2-Pt2+Po-G-Pr1
当理想点源的输入功率Po与发射天线输入功率Pt2相等时，则有：
SE＝Pr2-Pr1-G                                          4)
因为上述采用的发射天线和接收天线均相同，因此根据公式1)有：
G＝(Pr1-Pt1)/2-101g(λ/(4πR))                         5)
所以，在利用理想点源作为发射天线时，则将公式5)带入公式4)，有：
SE＝Pr2-Pr1-(Pr1-Pt1)/2+101g(λ/(4πR))
＝1/2*Pt1+Pr2+101g(λ/(4πR))-3/2*Pr1                  6)
公式6)则就可作为在无源产品有一个理想点源情况下的电磁泄漏度计算公式。
实施例1
进一步根据上述测试原理和图1所示流程图，本实施例从以下几个步骤进行电磁泄露度检测法：
(1)确定用于测试的接收天线的远场条件；
根据接收天线的远场条件，对工作于18GHz-40GHz的无源产品进行测试时，假设采用工作频率为18-26.5GHz喇叭天线，发射天线或接收天线的口面尺寸为1.63cm*1.32cm，则对角线尺寸D＝2.01cm。
当频率为18GHz时，λ＝1.7cm，则当距离接收天线口面的距离R＞4.75cm时为远场；
当频率为26.5GHz时，λ＝1.13cm，则当距离接收天线口面的距离R＞7.15cm时为远场。
假设采用工作频率为26.5-40GHz喇叭天线，发射天线或接收天线的口面尺寸为1.09cm*0.89cm，则对角线尺寸D＝1.63cm。
当频率为26.5GHz时，λ＝1.13cm，则当距离接收天线口面的距离R＞4.70cm时为远场；
当频率为40GHz时，λ＝0.75cm，则当距离接收天线口面的距离R＞7.09cm时为远场。
本发明实施例同样可对工作频率小于18GHz的无源产品进行检测，但是当工作频率小于18GHz时，由于接收天线尺寸较大，要满足接收天线远场条件，则接收天线和被测无源产品直接的测试距离将远大于10cm，使得工程实现上较为困难，因此不建议使用。
(2)对上述接收天线在无遮挡条件下进行接收增益校准
根据图2所示，对接收天线进行无遮挡条件下的增益校准，接收天线和发射天线极化相同，天线口面正对放置，发射天线通过测试电缆与信号源相连，接收天线通过测试电缆与频谱仪相连。天线口面的距离根据选择的天线尺寸，定为10cm，则在18-40GHz频率范围内，均为远场区域。考虑到反射地面的影响，尽量减少地面对信号的影响，天线高度定为1.5m高。
按被测无源产品的工作频率校准测试电缆。设置信号源输出频率为被测无源产品一个通道的中心频率、距高端频率-5％和低端频率+5％的三个频率点，设置输出电平使到发射天线入口电平为0dBm。设置频谱仪中心为信号源同样的频率，带宽为500kHz，设置合适的参考电平和参考带宽。读取频谱仪通过接收天线接收到的信号的幅值，记录为Pr1。上述过程对被测无源产品的多个通道分别进行，并分别记录获得的无遮挡接收功率。
(3)将被测无源产品连接于信号源与匹配负载之间，并根据所述远场条件布置所述接收天线相对于所述无源产品的位置
完成步骤(2)的接收天线无遮挡接收增益的校准后，按图3，对被测无源产品和接收天线进行布置。被测无源产品放置于非导电桌面上，以便于和接收天线增益校准时的空场状态一致，距桌面边界不小于10cm。接收天线在对无源产品进行检测时，距离无源产品的位置要和步骤(2)中接收天线与发射天线正对测试时保持一致，因此也选择10cm。
(4)所述信号源将产生的测试信号输入到被测无源产品中，获取所述接收天线的有遮挡接收功率。
由于无源产品的不规则性，其最大泄漏点也不尽相同，因此在用接收天线对无源产品进行测试时，在距离10cm位置的不同极化和方位进行测试，以得到最大泄漏值。进一步如图4所示，完成被测无源产品和接收天线的相对布置后，信号源连接到被测无源产品的一个输入端口，被测无源产品的输出端口接匹配负载。
与接收天线无遮挡接收增益校准时的信号设置一致，设置信号源输出频率为被测无源产品一个通道的三个频点，中心频率点，距高端频率-5％和低端频率+5％的频率点。设置输出电平使到被测无源产品输入端口的电平为0dBm。设置频谱仪中心为信号源同样的频率，带宽为500kHz，设置合适的参考电平和参考单块。读取频谱仪信号的幅值，并记为接收天线有遮挡接收功率Pr2。
(5)利用上述获得的接收天线无遮挡接收功率和有遮挡接收功率计算被测无源产品的电磁泄漏度
根据上式6)SE＝1/2*Pt1+Pr2+101g(λ/(4πR))-3/2*Pr1计算被测无源产品各通道频率的电磁泄漏度值。其中Pt1为发射天线的输入电平值，λ为当前频率的波长，R为发射和接收天线之间的距离，即10cm。
选取各个通道中电磁泄漏度值最大的作为被测无源产品的最终电磁泄漏度值。
实施例
选用了一对Ka频段的波同转换作为被测无源产品。将两个波导法兰为WR42、工作频率为18-26.5GHz的波同转换对接。
在整个检测过程中，需要用到两根射频电缆，因此需要对这两根电缆的差损进行校准。如图5，将两根射频电缆用转接头连接，并分别接到信号源SMR40和频谱仪FSEK30上。在18-26.5GHz上选择几个固定点进行校准，具体校准结果见表1所示。
表1
  序   频率   SMR40   FSEK30   电缆损耗
  号   (Hz)   (dBm)   (dBm)   (dB)
  1   18G   6.7   0   -6.7
  2   20G   6.3   0   -6.3
  3   22G   8.8   0   -8.8
  4   24G   8.0   0   -8.0
  5   26G   9.0   0   -9.0
接收天线无遮挡接收增益校准，接收天线和发射天线极化相同，天线口面正对放置，相距10cm。测试结果见表2所示。
表2
Figure BSA00000741665300081
将上述两个波同转换一头接信号源，另一边接匹配负载，接收天线在被测件上方10cm处，并寻找最大辐射值，获得表3所示测试结果。
表3
Figure BSA00000741665300082
Figure BSA00000741665300091
按照公式SE＝1/2*Pt1+Pr2+101g(λ/(4πR))-3/2*Pr1计算最终的电磁泄漏度值。其中Pt1为校准后的发射天线和被测无源产品的输入功率；Pr1为两个天线正对时接收天线的无遮挡输出功率(即表2中FSEK30校准后的读值)；Pr2为对试样进行测试时接收天线的有遮挡输出功率(即表3中FSEK30校准后的读值)。则计算的结果见表4所示。
表4
Figure BSA00000741665300092
本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。

Claims (5)

1.一种无源产品电磁泄漏度检测方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1：确定用于被测无源产品接收天线的远场条件；
步骤2：根据所述远场条件对接收天线的无遮挡输出功率进行校准；
步骤3：将被测无源产品连接于信号源与匹配负载之间，并根据所述远场条件布置所述接收天线相对于所述无源产品的位置；
步骤4：所述信号源将产生的测试信号输入到被测无源产品中，获取所述接收天线的有遮挡输出功率；
步骤5：根据下式确定被测无源产品的电磁泄漏度SE：
SE＝1/2*Pt1+Pr2+101g(λ/(4πR))-3/2*Pr1
其中，Pt1为所述发射天线和被测无源产品的输入功率；Pr1为所述接收天线无遮挡输出功率；Pr2为所述接收天线有遮挡时输出功率；λ为对应于所述测试频率的波长；R为所述发射天线和接收天线的测试距离。
2.如权利要求1所述的一种无源产品电磁泄漏度检测方法，其特征在于：所述接收天线的优选工作频率为18GHz-40GHz。
3.如权利要求1所述的一种无源产品电磁泄漏度检测方法，其特征在于：在所述步骤3中，所述被测无源产品布置于非导电桌面上。
4.如权利要求1所述的一种无源产品电磁泄漏度检测方法，其特征在于：在所述步骤3中，所述接收天线在远场条件下从多个不同极化和方位相对于所述无源产品进行布置。
5.如权利要求1所述的一种无源产品电磁泄漏度检测方法，其特征在于：在所述步骤4中，所述信号源分别产生对应于无源产品各通道中心频率、距高端频率-5％和低端频率+5％的测试信号。
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