CN106154057B - 一种通过改变电磁场探头位置研究探头微扰动性的方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种通过改变电磁场探头位置研究探头微扰动性的方法:1：在不同的探头位置的情况下获取电磁场探头测试电磁场强度矩阵F_i；2：利用仿真软件对辐射源在不同的观察平面P_index上产生的电磁场分布进行有探头情况下的仿真，获取有探头情况下仿真电磁场强度矩阵F_i ^eh1；3：对比矩阵F_i和F_i ^eh1，确定仿真模型。第四步：利用仿真软件对辐射源在不同的观察平面P_index上产生的电磁场分布进行无探头情况下的仿真，获取无探头情况下仿真电磁场强度矩阵F_i ^eh0；5：对比矩阵F_i ^eh1和F_i ^eh0。本发明得到的数据可以对工程中电磁场探头测试的数据进行修正，明显提高了电磁场探头测试结果的可信度，保证了仿真过程中建模的准确度，保证了结果数据只与电磁场探头与辐射源平面的相对位置有关。

Description

一种通过改变电磁场探头位置研究探头微扰动性的方法

【技术领域】

本发明涉及一种对电磁场探头微扰动性研究的方法，尤其是指一种通过改变电磁场探头位置研究探头微扰动性的方法，具体来说是研究电磁场探头在应用过程中由于探头与辐射源的相对位置不同进而产生不同的微扰动性。

【背景技术】

随着科学技术的飞速发展、大规模集成电路的广泛应用和电路的工作频率越来越高，电气设备中的每一个模块甚至每一段走线都可能是产生电磁干扰的源。电磁干扰不仅影响系统的正常工作，而且在严重的情况下可能造成严重的事故。在系统级电磁兼容设计过程中对指标进行验证时常使用电磁场探头对被测设备辐射的电磁场辐射强度进行测量。

传统上往往忽略了由于探头的金属结构而对被测设备辐射的电磁场分布造成扰动，探头测得的场分布并不是实际的场分布值，这是影响探头使用效果的重要因素。当电磁场探头与辐射源相对位置不同时，由于电磁场探头引入的扰动，辐射源的电磁场分布发生的变化是不同的，探头测试场强数据在误差允许范围内该扰动可以忽略，其他不能忽略扰动则需要对电磁场探头测得的数据进行修正。

【发明内容】

为了修正由于电磁场探头对被测设备电磁场分布产生的微扰而引起的测量偏差，本发明提出一种通过改变电磁场探头位置研究探头微扰动性的方法。

本发明的一种通过改变电磁场探头位置研究探头微扰动性的方法，其特征在于包括有以下步骤：

第一步：获取电磁场探头测试电磁场辐射强度矩阵F_i；

确定N个观察平面，电磁场探头在不同的观察平面上测量电磁场辐射强度数据，观察平面距离辐射源平面的高度为P_index，其中下标index(index＝1,2,…,N)表示观察平面距离辐射源平面不同的高度，距离辐射源平面最近的观察平面下标为1，距离辐射源平面最远的观察平面下标为N，电磁场探头在观察平面上测量数据，因此不同的观察平面对应了探头与辐射源的相对位置不同。每个观察平面上选取M个观察点，坐标为(x,y,P_index)_m，下标m(m＝1,2,…,M)表示观察点被测试的先后顺序。不同观察平面上的观察点有相同的横坐标和纵坐标，测量得到电磁场辐射强度按照先后顺序用矩阵F_i(i＝1,2,…,N)表示，其中F_i表示辐射源在第i个观察平面上探头测得的电磁场辐射强度矩阵，该矩阵有1×M个元素。

第二步：获取有探头情况下仿真电磁场辐射强度矩阵F_i ^eh1；

利用仿真软件对辐射源在不同的观察平面P_index上产生的电磁场分布进行有探头情况下的仿真，观察点的位置和选择顺序和第一步中观察点的位置和选择顺序是一致的，得到电磁场辐射强度矩阵F_i ^eh1，其中上标eh1表示有探头情况下的仿真结果，下标i表示不同的观察平面，该矩阵有1×M个元素。

第三步：对比矩阵F_i和F_i ^eh1；

通过对比F_i和F_i ^eh1进行判断仿真建模的拟合程度，确定仿真模型。

第四步：获取无探头情况下仿真电磁场辐射强度矩阵F_i ^eh0；

利用仿真软件对辐射源在不同的观察平面P_index上产生的电磁场分布进行无探头情况下的仿真，观察点的位置和选择顺序和第一步中观察点的位置和选择顺序是一致的，得到电磁场辐射强度矩阵F_i ^eh0，其中上标eh0表示无探头情况下的仿真结果，下标i表示不同的观察平面，该矩阵有1×M个元素。

第五步：对比矩阵F_i ^eh1和F_i ^eh0；

通过对比F_i ^eh1和F_i ^eh0可以得到辐射源在第i个观察平面上产生的电磁场分布由于电磁场探头的引入而产生的微扰，两组电磁场辐射强度对比的差值是对测试数据进行修正的重要依据。

综上，对于辐射源在不同的观察平面上探头引入的扰动是不同的，可能使得测试值比真实值偏大，可能使得测试值比真实值偏小。通过对比不同观察平面条件下的辐射源产生的电磁场分布微扰动，这是在实际工程应用中对探头测试数据进行修正的有力支撑。

本发明一种通过改变电磁场探头位置研究探头微扰动性的方法，其优点在于：

(1)传统中利用电磁场探头进行测试往往忽视了探头对辐射源的电磁场分布产生的微扰，使得测试数据和真实数据存在偏差，而这一偏差可能造成难以估计的后果。本发明提供了一种对探头的微扰动性进行研究的方法，得到的数据可以对工程中电磁场探头测试的数据进行修正，明显提高了电磁场探头测试结果的可信度。

(2)通过利用实测和仿真两组数据进行对比，保证了仿真过程中建模的准确度。利用有探头和无探头时的仿真结果进行对比满足科学控制变量法，保证了结果数据只与电磁场探头与辐射源平面的相对位置有关。

【附图说明】

图1是电磁场探头测试辐射源电磁场分布的结构图。

图1A是仿真有探头情况下辐射源电磁场分布的结构图。

图1B是仿真无探头情况下辐射源电磁场分布的结构图。

图2是电场探头与辐射源平面的相对位置不同引入的微扰。

图2A是磁场探头与辐射源平面的相对位置不同引入的微扰。

图3是本发明研究电磁场微扰动性流程图。

【具体实施方式】

下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。

本发明一种通过改变电磁场探头位置研究探头微扰动性的方法，其所应用的设备参见图1所示的电磁场分布测试平台，其中包括计算机、探头夹具、电磁场探头、辐射源和频谱分析仪。探头夹具用于夹持电磁场探头，保证电磁场探头测量辐射源场分布数据的精度和准确度。电磁场探头、频谱分析仪和计算机相连接，为的是保证系统的正常工作。

1.电磁场探头用于获取辐射源的电磁场辐射强度分布信息。

2.频谱分析仪用于将探头获取的电磁场辐射强度信息进行显示和存储。

3.计算机用于处理和运算频谱分析仪所存储的电磁场辐射强度信息。

本发明一种通过改变电磁场探头位置研究探头微扰动性的方法，其具体步骤如下：

第一步：获取电磁场探头测试电磁场辐射强度矩阵F_i；

首先确定N个观察平面，在每个观察平面上选取M个观察点进行测量，观察点位置坐标为(x,y,P_index)_m。通过控制探头夹具使得探头位于不同的观察点进行测量，测量得到电磁场辐射强度按照先后顺序用矩阵F_i(i＝1,2,…,N)表示，其中下标i表示在第i个观察平面上探头测得的电磁场辐射强度分布，该矩阵有1×M个元素。

第二步：获取有探头情况下仿真电磁场辐射强度矩阵F_i ^eh1；

参见图1A所示的有探头仿真结构，包括一个辐射源和一个电磁场探头，存在N个观察平面。将电磁场探头按照第一步中的选择顺序和观察点(x,y,P_index)_m进行设置，获取有探头情况观察点处的强场信息，得到矩阵F_i ^eh1，对于不同观察平面，对应不同的矩阵F_i ^eh1。

第三步：对比矩阵F_i和F_i ^eh1；

将第一步和第二步中得到的电磁场辐射强度矩阵按照下标i进行分组，相同下标的为一组进行对比，通过对比观察点的场强F_i和F_i ^eh1得到拟合程度，用(1-|F_i(n,1)-F_i ^eh1(n,1)|/|F_i(n,1)|)×100％表示拟合度，如果满足不等式|F_i(n,1)-F_i ^eh1(n,1)|/|F_i(n,1)|≤0.05表示建模正确，结果可信。反之则要重新建模仿真，重复第二步直至满足该不等式。其中F_i(n,1)表示矩阵F_i中的第n个元素，F_i ^eh1(n,1)表示矩阵F_i ^eh1中的第n个元素，满足n＝1,2,…,M。全文中|·|表示对·取绝对值。

第四步：获取无探头情况下仿真电磁场辐射强度矩阵F_i ^eh0；

参见图1B所示的无探头仿真结构，包括一个辐射源。存在N个观察平面，其中建模模型与第二步中的模型是一致的。仿真无探头情况下观察点处(x,y,P_index)_m的强场信息，得到矩阵F_i ^eh0，对于不同观察平面，对应不同的矩阵F_i ^eh1。

第五步：对比矩阵F_i ^eh1和F_i ^eh0；

将第二步和第四步中得到的电磁场辐射强度矩阵按照下标i进行分组，相同下标的为一组进行对比。矩阵D_i＝F_i ^eh1-F_i ^eh0中的每一个元素都是由于探头的引入而造成的场分布的扰动，将D_i记录存储，对电磁场探头在测试第i个观察平面时对测试数据进行修正。

实施例设置辐射源为50Ω微带线，辐射源功率均为1mW，设置工作平率为1.0GHz，选取5个观察平面，每个观察平面与辐射源平面的相对距离分别为1.0mm,2.0mm,3.0mm,4.0mm,5.0mm。在每个观察平面上随机选取3个观察点，观察点坐标为(-2,0,P_index)₁，(0,0,P_index)₂和(2,0,P_index)₂。利用电磁场探头逐一测量每个观察平面上不同观察点处的电场强度和磁场强度，利用仿真软件对不同观察平面有探头情况下进行仿真，对比拟合程度。利用仿真软件对不同观察平面无探头情况下进行仿真。由于观察平面和辐射源平面相对位置不同，因此辐射源的电磁场分布产生的扰动是不同的，参见图2和图2A分别是电场探头和磁场探头在不同的观察平面上引入的微扰，其数值结果如表1所示。

表1电磁场探头与辐射源平面相对位置不同时探头的扰动特性

根据数值结果可以看出电磁场探头在不同的观察平面上微带线源由于电场和磁场探头引入的微扰程度是不同的，并且探头的位置的变化满足一定的规律，实际应用中要针对不同的探头进行相应的修正。

Claims (1)

1.一种通过改变电磁场探头位置研究探头微扰动性的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

第一步：获取电磁场探头测试电磁场辐射强度矩阵F_i：

确定N个观察平面，电磁场探头在不同的观察平面上测量电磁场辐射强度数据，观察平面距离辐射源平面的高度为P_index，其中下标index表示观察平面距离辐射源平面不同的高度，index＝1,2,…,N，距离辐射源平面最近的观察平面下标为1，距离辐射源平面最远的观察平面下标为N，电磁场探头在观察平面上测量数据，因此不同的观察平面对应了探头与辐射源的相对位置不同；每个观察平面上选取M个观察点，坐标为(x,y,P_index)_m，下标m表示观察点被测试的先后顺序，m＝1,2,…,M，不同观察平面上的观察点有相同的横坐标和纵坐标，测量得到电磁场辐射强度按照先后顺序用矩阵F_i表示，i＝1,2,…,N，其中F_i表示辐射源在第i个观察平面上探头测得的电磁场辐射强度矩阵，该矩阵有1×M个元素；

第二步：获取有探头情况下仿真电磁场辐射强度矩阵F_i ^eh1：

利用仿真软件对辐射源在不同的观察平面P_index上产生的电磁场分布进行有探头情况下的仿真，观察点的位置和选择顺序和第一步中观察点的位置和选择顺序是一致的，得到电磁场辐射强度矩阵F_i ^eh1，其中上标eh1表示有探头情况下的仿真结果，下标i表示不同的观察平面，该矩阵有1×M个元素；

第三步：对比矩阵F_i和F_i ^eh1：

通过对比F_i和F_i ^eh1进行判断仿真建模的拟合程度，确定仿真模型；

第四步：获取无探头情况下仿真电磁场辐射强度矩阵F_i ^eh0：

利用仿真软件对辐射源在不同的观察平面P_index上产生的电磁场分布进行无探头情况下的仿真，观察点的位置和选择顺序和第一步中观察点的位置和选择顺序是一致的，得到电磁场辐射强度矩阵F_i ^eh0，其中上标eh0表示无探头情况下的仿真结果，下标i表示不同的观察平面，该矩阵有1×M个元素；

第五步：对比矩阵F_i ^eh1和F_i ^eh0：

通过对比F_i ^eh1和F_i ^eh0可以得到辐射源在第i个观察平面上产生的电磁场分布由于电磁场探头的引入而产生的微扰，两组电磁场辐射强度对比的差值是对测试数据进行修正的重要依据。