CN105467235A - 电磁辐射对线缆干扰的测试方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明电磁辐射对线缆干扰的测试方法及装置，公开了一种电磁辐射对线缆干扰的测试方法和装置，其技术要点是：使用信号发生器、支架、天线、屏蔽腔体、接地板、负载组和导线搭建电磁辐射对线缆干扰测试装置，测量线缆附近空间电场强度，用电磁仿真软件建立线缆耦合模型，提取出线缆周围的电场强度与耦合进入线缆终端负载的输入电压和电流响应之间的关系，通过该关系可以得到外界电磁环境耦合进入线缆终端负载的输入电压和电流响应。采用这样的方法和装置，通过仿真计算和测量相结合有效的解决了在内部空间狭小且线缆密集的情形下测试线缆上的干扰信号的难题，有效解决了线缆上元件干扰和空间辐射干扰的问题。

Description

电磁辐射对线缆干扰的测试方法及装置

技术领域

本发明涉及微波技术、电磁兼容领域，具体的讲是电磁辐射对线缆干扰的测试方法及装置。

背景技术

电磁兼容技术在工业、科学和医学研究中的应用日益广泛，应用领域不断扩大。特别是在具有连续波、大功率、长时间工作的微波源的情况下，此时微波空间泄漏辐射将对控制电路产生致命影响。目前线缆耦合是空间辐射对电路元件造成伤害的主要途径，因此为确保电子产品的长期有效工作，需要对线缆的电磁辐射耦合干扰进行测试。

电流测试主要运用电光法、电磁法等，其中电光法由于受到温湿度的影响很强，而且光束的路径不易被控制，必须在特殊情形下选择该方法，并且系统成本高，不利普及。在电缆束电流测试技术中通常采用基于电磁法的电流测试方法：霍尔效应法(运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力的作用而引起的偏转。当带电粒子被约束在固体材料中，这种偏转就导致在垂直电流和磁场的方向上产生正负电荷在不同侧的聚积，从而形成附加的横向电场)和罗果夫斯基线圈法(RogowskiCoil依据法拉第电磁感应定律和安培环路定律，当被测电流沿轴线通过罗氏线圈中心时，环形绕组所包围的体积内产生相应变化的磁场，罗氏线圈的输出电压与被测电流的微分成正比，只要将其输出经过的积分器，即可得到与一次电流成正比的输出电压)，但是对内部空间狭小且线缆密集的情形，测试线缆上的干扰信号时，测试仪器放置比较困难。故需要一种电磁辐射对线缆干扰的测试方法，受环境影响较小、成本较低、测试仪器放置方便。

本发明所要解决的技术问题，就是针对现有方法霍尔效应法和罗果夫斯基线圈法存在的问题，使用多线缆耦合模型扩大了应用范围，使用匹配负载有效地消除反射波的影响。从而有效的解决了在内部空间狭小且线缆密集的情形下测试线缆上的干扰信号的难题，有效解决了线缆上元件干扰和空间辐射干扰的问题。

本发明为解决以上问题提供了电磁辐射对线缆干扰的测试方法，包括以下步骤：

a.搭建电磁辐射对线缆干扰测试装置；

b.测量线缆周围电场强度；

c.用电磁仿真软件建立线缆耦合模型，提取出线缆周围的电场强度与耦合进入线缆终端负载的输入电压和电流响应之间的关系；

d.通过步骤b测试得到线缆周围的电场强度

S为辐射功率p_inT在处的密度，其中θ、和r分别代表坐标系下的坐标，G_T为辐射天线的增益。

$s=\frac{E^2}{\mathrm{\η}}---\left(2\right)$

S的单位是W/m²，E为电场强度，其单位是V/m，η为自由波阻抗。

由上述(1)、(2)公式可计算出目标位置的电场强度，通过对比计算得出的电场强度和步骤b通过电流探头和频谱仪测量出的电场强度，验证测量方法的准确性，最后利用步骤c的关系得到外界电磁环境耦合进入线缆终端负载的输入电压和电流响应，即为电磁辐射对线缆干扰。

本发明还提供了电磁辐射对线缆干扰测试装置，包括信号发生器、支架、天线、屏蔽腔体、接地板、负载组和导线，其中信号发生器与天线连接，天线设于支架上，导线两端均与负载组连接，负载组设于屏蔽腔体内，屏蔽腔体设于接地板上。

进一步的，负载组由电阻、PCB基板、下端PCB覆铜区和上端PCB覆铜区构成，其中电阻一端与下端PCB覆铜区连接，另一端与上端PCB覆铜区连接，下端PCB覆铜区一端与电阻连接，另一端与接地板连接，上端PCB覆铜区一端与电阻连接，另一端与导线连接。采用这样的结构在于可以有效的降低寄生电感，从而大幅提高测试准确性。

进一步的，导线与接地板之间的高度h满足以下关系，其中Z0为电阻的阻值，a为导线的半径 $Z_0=60ln\left(\frac{2h}{a}\right).$

进一步的，电阻为贴片电阻，选用贴片电阻可以有效降低产生的寄生电感。

进一步的，导线为圆形载流导线。

进一步的，导线数量大于等于2。采用多组导线的结构可以更加准确的模拟出线缆密集的情况。

进一步的，天线为对数周期偶极子天线。

本发明的有益效果是，使用多线缆耦合模型扩大了应用范围，使用匹配负载有效地消除反射波的影响。从而有效的解决了在内部空间狭小且线缆密集的情形下测试线缆上的干扰信号的难题，有效解决了线缆上元件干扰和空间辐射干扰的问题，同时在测试中引入仿真软件与实际测量相结合的方法，可以大幅提高电磁辐射对线缆干扰的测试方法的准确性。

下面结合附图对本发明进一步说明，以使本领域技术人员能够实现本发明。

附图说明

图1为电磁辐射对线缆干扰的测试方法流程图；

图2为电磁辐射对线缆干扰测试装置结构图；

图3为屏蔽腔体、接地板和导线组合的俯视图；

图4为图3按AA1剖开截面图；

图5为负载组结构图；

图6为电磁仿真软件中的模型图；

图7为实施例1测试结果与计算结果对比图；

图8为实施例1仿真结果电场强度与响应电流关系图；

图9为实施例1测试结果与仿真结果对比图。

图中标记：1为信号发生器、2为支架、3为天线、4为屏蔽腔体、5为接地板、6为负载组、7为导线、801为PCB基板、802为下端PCB覆铜区、803为上端PCB覆铜区、9为电阻、10为波形区域。

具体实施方式

如图1所示，电磁辐射对线缆干扰的测试方法流程图，搭建电磁辐射对线缆干扰测试装置，准备接入测试环境，连接测试装置。测量线缆周围电场强度，使用电流探头和频谱仪测量选定频率范围内的干扰频谱。用电磁仿真软件建立线缆耦合模型，提取出线缆周围的电场强度与耦合进入线缆终端负载的输入电压和电流响应之间的关系。通过以上测试得到线缆周围的电场强度，利用输入电压和电流响应之间的关系得到外界电磁环境耦合进入线缆终端负载的输入电压和电流响应。

如图2所示，电磁辐射对线缆干扰测试装置结构图，包括信号发生器1、支架2、天线3、屏蔽腔体4和接地板5，其中信号发生器1与天线3连接并设于支架2上，屏蔽腔体4设于接地板5上，导线7两端与屏蔽腔体4连接。

如图3所示，屏蔽腔体、接地板和导线组合的俯视图，导线7两端均设于屏蔽腔体4内，屏蔽腔体4设于接地板5上。

如图4所示，图3按AA1剖视图，导线7两端均与负载组6连接并设于屏蔽腔体4内，屏蔽腔体4设于接地板5上，负载组6与接地板5连接。

如图5所示，负载组结构图，负载组6由电阻9、PCB基板801、下端PCB覆铜区802和上端PCB覆铜区803构成，电阻9一端与下端PCB覆铜区802连接，另一端与上端PCB覆铜区803连接，下端PCB覆铜区802一端与电阻9连接，另一端与接地板5连接，上端PCB覆铜区803一端与电阻9连接，另一端与导线7连接。

如图6所示，电磁仿真软件中的模型图，波形区域10所在平面为平面波的波面，E箭头表示平面波电场极化方向，H箭头表示平面波磁场极化方向，垂直于波形区域10波面箭头为平面波传播方向，接地板5上连接有两个屏蔽腔体4，屏蔽腔体4之间连接有导线7。

实施例1

通过信号发生器1、支架2、天线3、屏蔽腔体4、接地板5、负载组6、导线7、PCB基板801、下端PCB覆铜区802、上端PCB覆铜区803和电阻9，搭建电磁辐射对线缆干扰测试装置，准备接入测试环境，连接测试装置，天线3使用对数周期偶极子天线，导线7共计3根。将信号发生器1作为天线3的馈源，功率分别设为0dBm、-4dBm、-8dBm、-12dBm、-16dBm、-20dBm，输出频率设为200MHz，导线7中心距离天线3的水平距离为4m。

S为辐射功率p_inT在处的密度，其中θ、和r分别代表坐标系下的坐标，G_T为辐射天线的增益。

$s=\frac{E^2}{\mathrm{\η}}---\left(2\right)$

S的单位是W/m²，E为电场强度，其单位是V/m，η为自由波阻抗。

由上述(1)、(2)公式可计算出目标位置的电场强度。同时使用频谱仪测量与天线3水平距离为4m处的电场场强大小与计算得到场强大小比较，如图7所示，测量结果基本和计算结果吻合，验证了本方法空间场强测量的准确性。

导线7与接地板5之间的高度h满足以下关系，其中Z₀为电阻的阻值，a为导线的半径，电容可以通过镜像法求出：

$C\≈\frac{2\mathrm{\π}\mathrm{\ϵ}}{ln\left(\frac{2h}{a}\right)}$ (对于a＜＜h的情况)(3)

ε为介电常数。

单根线电感为

$L=\frac{\mathrm{\μ}}{2\mathrm{\π}}ln\left(\frac{2h}{a}\right)---\left(4\right)$

μ为磁导率。

特性阻抗

$Z_0=\sqrt{\frac{L}{C}}=\sqrt{\frac{\frac{\mathrm{\μ}}{2\mathrm{\π}}ln\left(\frac{2h}{a}\right)}{\frac{2\mathrm{\π}\mathrm{\ϵ}}{ln\left(\frac{2h}{a}\right)}}}=\frac{1}{2\mathrm{\π}}ln\left(\frac{2h}{a}\right)\sqrt{\frac{\mathrm{\μ}}{\mathrm{\ϵ}}}---\left(5\right)$

其中

$\mathrm{\ϵ}=\frac{1}{36\mathrm{\π}}\×{10}^{-9},$ μ＝4π×10^-7，

代入(5)可得

$Z_0=60ln\left(\frac{2h}{a}\right)---\left(6\right)$

用电磁仿真软件建立线缆耦合模型，提取出线缆周围的电场强度与耦合进入线缆终端负载的输入电压和电流响应之间的关系，如图8所示，随着电场强度的增加，负载组6中的响应电流也随之增大。最后再测量实际的电场强度，根据仿真结果和实际测量的电场强度可以获得实际的响应电流，即测试出电磁辐射对线缆的干扰。

使用电流探头和频谱仪测量选定测量频率范围内的干扰频谱，同时也测量相应的电场强度，提取出负载上的电压以及电流曲线。如图9所示，测量方法与电流探头测量值比较，验证了本方法线缆电磁辐射干扰测试的准确性及可用性。

Claims (9)

1.电磁辐射对线缆干扰的测试方法，其特征在于：包括以下步骤：

a.搭建电磁辐射对线缆干扰测试装置；

b.测量线缆周围的电场强度；

c.建立线缆耦合模型，提取出线缆周围的电场强度与耦合进入线缆终端负载的输入电压和电流响应之间的关系；

d.通过步骤b测试得到线缆周围的电场强度，利用步骤c的关系得到外界电磁环境耦合进入线缆终端负载的输入电压和电流响应，即为电磁辐射对线缆干扰。

2.根据权利要求1所述的电磁辐射对线缆干扰的测试方法，其特征在于：所述步骤b使用电流探头和频谱仪测量选定频率范围内的干扰频谱和电场强度。

3.线缆电磁辐射干扰测试装置，包括信号发生器(1)、支架(2)、天线(3)、屏蔽腔体(4)、接地板(5)、负载组(6)和导线(7)，所述信号发生器(1)与天线(3)连接，所述天线(3)设于支架(2)上，所述导线(7)两端均与负载组(6)连接，所述负载组(6)设于屏蔽腔体(4)内，所述屏蔽腔体(4)设于接地板(5)上。

4.根据权利要求3所述的线缆电磁辐射干扰测试装置，其特征在于：所述负载组(6)由电阻(9)、PCB基板(801)、下端PCB覆铜区(802)和上端PCB覆铜区(803)构成，所述电阻(9)一端与下端PCB覆铜区(802)连接，另一端与上端PCB覆铜区(803)连接，所述下端PCB覆铜区(802)一端与电阻(9)连接，另一端与接地板(5)连接，所述上端PCB覆铜区(803)一端与电阻(9)连接，另一端与导线(7)连接。

5.根据权利要求3所述的线缆电磁辐射干扰测试装置，其特征在于：所述导线(7)与接地板(5)之间的高度h满足以下关系，其中Z₀为电阻(9)的阻值，a为导线(7)的半径。

6.根据权利要求3所述的线缆电磁辐射干扰测试装置，其特征在于：所述电阻(9)为贴片电阻。

7.根据权利要求3所述的线缆电磁辐射干扰测试装置，其特征在于：所述导线(7)为圆形载流导线。

8.根据权利要求3所述的线缆电磁辐射干扰测试装置，其特征在于：所述导线(7)数量大于等于2。

9.根据权利要求3所述的线缆电磁辐射干扰测试装置，其特征在于：所述天线(3)为对数周期偶极子天线。