CN107543975A - 非全屏蔽式动车整车电磁辐射发射测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种非全屏蔽式动车整车电磁辐射发射测试装置，所述装置包括信号接收系统和背景噪声抑制系统；所述信号接收系统用于接收运行过程中动车整车所发射出的辐射信号并进行分析；所述背景噪声抑制系统用于抑制外部背景噪声对信号接收系统的干扰；所述背景噪声抑制系统为一个一面开口的屏蔽箱体。本发明测试装置能有效抑制在进行动车整车辐射发射测试过程中所存在的背景噪声，相对于动车不同位置以及不同频率的噪声源均有良好的抑制效果，能够保证测试中数据准确性。另外，本发明测试装置还能够降低测试的相关成本，减少人力物力的投入，提高测试效率。

Description

非全屏蔽式动车整车电磁辐射发射测试装置

技术领域

本发明涉及动车整车辐射发射测试技术领域。更具体地，涉及一种非全屏蔽式动车整车电磁辐射发射测试装置。

背景技术

开阔试验场整车测试技术是目前中国对于动车整车辐射发射的主要测试手段和技术。研究成果表明，在抑制开阔试验场测试过程中出现的背景噪声问题中，对于频率比较高的干扰信号，可以利用普通高增益窄波束天线，将天线主波束对准被测信号，而干扰信号方向只能对准天线的旁瓣或零点，使测试点的信噪比达到或超过15dB，从而满足工程测试要求。但是对于频率比较低的干扰信号，测试天线的增益通常较低，波束较宽，在测试点的信噪比通常难以满足15dB，因此普通天线不再适合。为了克服以上问题，使用自适应天线进行测试。自适应天线是利用数字信号处理的算法去测量不同波束的信号强度，因而能动态地改变波束使天线的传输功率集中。自适应天线阵是一个由天线阵和实时自适应信号接收处理器所组成的一个闭环反馈控制系统，它用反馈控制方法自动调整天线阵的方向图，使它在干扰方向形成零陷，将干扰信号抵消，而且可以使有用信号得到加强，从而达到消除干扰的目的。但对于自适应天线的应用能力和实际测量能力方面还有待进步。

由于中国高铁的不断发展，再加上铁路周围电磁环境的日益复杂，对于整车测试的精确程度具有重要作用，可以有效降低实验的不确定度，发展前景可观。因此，需要提供一种能有效对动车整车辐射发射进行测试的设备，对于铁路安全保障具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种非全屏蔽式动车整车电磁辐射发射测试装置，该装置在进行动车整车测试过程中有效抑制外部噪声信号，使得到的辐射数据更加准确。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种非全屏蔽式动车整车电磁辐射发射测试装置，所述装置包括信号接收系统和背景噪声抑制系统；

其中，所述信号接收系统用于接收运行过程中动车整车所发射出的辐射信号并进行分析；所述背景噪声抑制系统用于抑制外部背景噪声对信号接收系统的干扰；所述背景噪声抑制系统为一个一面开口的屏蔽箱体。

本发明非全屏蔽式是指背景噪声抑制系统是一个非全屏蔽箱体，即上述一个一面开口的屏蔽箱体。

进一步，所述的屏蔽箱体的材料由外向内依次为金属外壳、铁氧体、泡沫角锥吸波材料；

所述金属外壳为低电阻率的金属材料；优选的为铜，用于对背景噪声进行屏蔽和吸收。背景噪声电磁波经过金属材料对其反射以及在金属材料内部衰减，从而对电磁波形成抑制效果。

所述铁氧体，用于对入射到铁氧体的背景噪声进行屏蔽和吸收。采用铁氧体这种高磁损耗材料，通过对入射至其内部电磁波的磁损耗以及介质损耗，进而降低背景噪声能量进入至屏蔽体内的空间中去。

所述泡沫角锥吸波材料，用于对耦合进入屏蔽箱体的背景噪声进行吸收。当背景噪声进入屏蔽箱体内时，泡沫角锥吸波材料形成对入射波的多次吸收，使入射波在多次吸收中耗散掉。

其中，所述泡沫角锥吸波材料包括泡沫斜角锥吸波材料和泡沫直角锥吸波材料；

所述泡沫斜角锥吸波材料铺设于屏蔽箱体上下左右的四个内侧面，其椎体与上下左右四个内侧面的法线方向有一定的角度；其中，所述上下左右四个内侧面是指与开口面垂直的四个内侧面。

优选的，所述泡沫斜角锥吸波材料的锥顶夹角为30°，以相对减小入射的角度，对入射屏蔽箱体的背景噪声进行有效的吸收；

所述泡沫直角锥吸波材料层铺设于屏蔽箱体的后侧面，其椎体与后侧面的法线方向平行，最大程度对入射屏蔽箱体的背景噪声进行吸收损耗；其中，所述后侧面是指与开口面相对的内侧面。

进一步，所述信号接收系统包括接收天线、同轴电缆和测量接收仪；

所述接收天线置于屏蔽箱体的内部，用于接收动车整车的辐射信号，并转换为电流信号；

所述同轴电缆穿过屏蔽箱体与测量接收仪相连，用于传递接收天线的电流信号，并传递给测量接收仪；

所述测量接收仪用于分析同轴电缆传递的电流信号，即将电流信号显示在测量仪上，对射频电磁场辐射，电快速瞬变脉冲群，电压跌落抗扰度，传导骚扰，谐波电流，工频磁场抗扰度等进行测试。

优选的，所述接收天线为对数周期天线；所述同轴电缆为基频同轴电缆。

所述信号接收系统进一步还包括射频转接头，所述射频转接头置于同轴电缆通过屏蔽箱体的接口处，用于减少背景噪声的进入屏蔽箱体以及防止接收天线和测量接收机之间的相互干扰。

优选的，所述射频转接头为航空插头。

本发明的有益效果如下：

本发明测试装置具有如下特点：1)能够抑制不同位置的背景噪声信号；2)能够抑制不同频率的噪声信号；3)能够应用于复杂的噪声环境下。因此，本发明测试装置能有效抑制在进行动车整车辐射发射测试过程中所存在的背景噪声，相对于动车不同位置以及不同频率的噪声源均有良好的抑制效果，能够保证测试中数据准确性。另外，本发明测试装置还能够降低测试的相关成本，减少人力物力的投入，提高测试效率。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1示出非全屏蔽式动车整车电磁辐射发射测试装置系统分析图；

图2示出非全屏蔽式动车整车电磁辐射发射测试装置剖面结构示意图；

图3示出泡沫直角锥吸波材料结构图；

图4示出泡沫斜角锥吸波材料结构图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

本发明非全屏蔽式动车整车电磁辐射发射测试装置如图1所示，分为两个系统：信号接收系统和背景噪声抑制系统。

1、背景噪声抑制系统

如图2所示，背景噪声系统用于抑制外部背景噪声对信号接收系统的干扰影响，为一个一面开口的屏蔽箱体构成，所述屏蔽箱体的开口方向对准动车整车一侧；所述屏蔽箱体包括三层不同材料，由外向内依次为金属外壳、铁氧体、泡沫角锥吸波材料：第一部分金属外壳，用于对背景噪声进行屏蔽和吸收，背景噪声电磁波在金属外壳(如铜)中产生涡流，从而对电磁波形成抑制效果；第二部分铁氧体，用于对进入到铁氧体的背景噪声进行屏蔽和吸收。采用铁氧体这种高导磁率的材料，使得磁力线限制在屏蔽箱体上，防止扩散到屏蔽的空间中去；第三部分泡沫角锥吸波材料(包括铺设于屏蔽箱体上下左右的四个内侧面的泡沫斜角锥吸波材料和铺设于屏蔽箱体后侧面的泡沫直角锥吸波材料)，对耦合进入屏蔽箱体的背景噪声进行有效吸收，当外部背景噪声进入屏蔽箱体内时，泡沫角锥吸波材料形成对入射波的多次反射，使入射波在多次反射中耗散掉。

具体地，当背景噪声存在时，如果背景噪声要对接收天线构成影响，必须要经过屏蔽箱体，当背景噪声入射到屏蔽箱体的金属外壳时，由于良导体中感应电流产生的磁场总是抵消源磁场变化，所以能够对磁场进行有效地抑制作用，另外根据电磁场理论，在高频电磁场中，主要是吸收损耗。

当背景噪声入射到铁氧体层时，由于铁氧体是种双复介质材料，对于电磁波的吸收，在介电特性方面来自极化效应；在其磁性方面，在微波带，自然共振是铁氧体吸收电磁波的主要机制。另外铁氧体具有较大的电滞损耗和磁滞损耗，对电磁波具有更好的吸收能力。

当外部背景噪声耦合进入屏蔽箱体内时，泡沫斜角锥吸波材料和泡沫直角锥吸波材料相当于电厚型吸波材料，入射波进入到角锥以后，会产生多次反射和入射，从而使得最终的反射率非常好。

其中，对于泡沫直角锥吸波材料，其如图3所示，此种吸波材料对于频率范围在80MHz～100GHz之间的背景噪声，具有良好的垂直入射、斜入射、散射和透射衰减性能。而此种吸波材料对垂直入射噪声信号的抑制效果最好，所以在本发明中将泡沫直角锥吸波材料铺设在屏蔽箱体后侧，这样能够充分发挥此种吸波材料的功能，最大程度上对背景噪声进行吸收损耗掉。

对于泡沫斜角锥吸波材料，这种吸波材料是泡沫角锥吸波材料中的一种特殊结构，其能够吸收噪声信号的频段范围亦是在80MHz～100GHz。这种吸波材料的结构如图4所示，锥顶夹角为30°，从而相对减小入射的角度，提高大角度斜入射的高频反射性能，这一设计能够更加有效的抑制外部背景噪声进入屏蔽箱体中，特别是对于波长远小于锥间距的情况，其吸收电磁波的效果更加明显。

2、信号接收系统

如图2所示，信号接收系统用于接收运行过程中动车整车所发射出的辐射信号，所述信号接收系统由接收天线、同轴电缆、射频转接头、测量接收仪组成。

所述接收天线置于屏蔽箱体的内部，且其方向与屏蔽箱体开口方向一致，用于对动车整车的辐射信号进行接收，并将辐射信号通过接收天线转换成电流信号；所述同轴电缆穿过屏蔽箱体与测量接收仪相连，所述射频转接头置于同轴电缆通过屏蔽箱体的接口处，电流信号通过同轴电缆穿过射频转接头传递进入测量接收仪中进行分析，从而得出动车自身所发射出的辐射信号强度以及不同频率的幅值大小；所述射频转接头用于减少背景噪声的进入屏蔽箱体和防止接收天线和测量接收机之间的相互干扰。

具体的，当接收天线放置在电磁场中时，由于场的感应而在接收天线内部产生交变电流并在终端产生交变电压。用于辐射场强测试时，能够将周围的场强转换成其输出端口的电压，两者的关系为：

E(dBμV/m)＝U₀(dBμV)+K(dB/m)

式中K为天线系数，用于表征电场强度转化成端口输出电压的能力。E(dBμV/m)为天线接收端处的场强；U₀(dBμV)为天线输出端的电压。

当测量辐射场强时，测量接收仪通过同轴电缆与接收天线相连，测量接收仪的读数是其输入端口的电压，一般同轴电缆都有一定的损耗，如果同轴电缆的损耗为L(dB)，则接收机输入端口的电压U(dBμV)＝U₀(dBμV)-L(dB)，代入式E＝U/h(h为屏蔽箱体内部高度)中，得到骚扰场强E(dBμV/m)与测量仪输入端口的电压U＝(dBμV)的关系为E(dBμV/m)＝U(dBμV)+K(dB/m)+L(dB)

测量接收仪常以功率(单位dBm)而非电压来表示其输入电平。干扰测量系统的阻抗都标准规定的，一般为50Ω。根据P＝U²/R，可得测量仪端口输入功率与端口电压的关系为

P(dBm)＝U(dBμV)-107dB

从而测出背景噪声辐射场强。

本发明中所用到的接收天线为对数周期天线，由于骚扰场强的水平极化，垂直放置测垂直极化。所用到的同轴电缆是基频同轴电缆。整个测试系统是同轴传输系统，应该保持阻抗匹配，即接收天线的阻抗、同轴电缆的特性阻抗和测量接收机的输入阻抗都应相等，阻抗值为50Ω。

该系统中用到的测量接收机，其专门用于测量电磁骚扰(包括辐射骚扰和传导骚扰)的测量接收装置，而在此发明中利用了其对辐射骚扰的测量。该测量接收机具备灵敏度高、自身噪声小、检波器动态范围大、前级电路过载能力强等特点。

测量接收机用于测量所选择频率下骚扰的电压幅值。测量时先将测量接收机进行调谐，对准某个频率f_i，该频率上的骚扰信号经过高频衰减器和高频放大器后进入混频器，与本地震荡器的频率f₁混频，产生很多混频信号。经中频滤波器后仅得到中频信号f₀＝f₁-f_i。中频信号经中频衰减器、中频放大器后，由包络检波器进行包络检波，滤去中频得到低频包络信号A(t)。A(t)再根据要求进行相应的加权检波，得到所需A(t)的峰值(peak)、有效值(rms)、平均值(ave)或准峰值(qp)，检波后的信号经低频放大后推动电表指示。并且，测量接收机还可测量脉冲信号。

为了防止接收天线和测量接收机之间的相互干扰，需要将接收天线和测量接收机隔离开，要在同轴电缆通过屏蔽箱体的接口处引入射频转接头，有效减少外部噪声进入屏蔽箱体中，本发明所用到的射频转接头为航空插头。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (10)

1.一种非全屏蔽式动车整车电磁辐射发射测试装置，其特征在于，所述装置包括信号接收系统和背景噪声抑制系统；

所述信号接收系统用于接收运行过程中动车整车所发射出的辐射信号并进行分析；

所述背景噪声抑制系统用于抑制外部背景噪声对信号接收系统的干扰；

所述背景噪声抑制系统为一个一面开口的屏蔽箱体。

2.根据权利要求1所述的非全屏蔽式动车整车电磁辐射发射测试装置，其特征在于，所述的屏蔽箱体的材料由外向内依次为金属外壳、铁氧体和泡沫角锥吸波材料；

所述金属外壳用于对背景噪声进行屏蔽和吸收；

所述铁氧体用于对入射到铁氧体层的背景噪声进行屏蔽和吸收；

所述泡沫角锥吸波材料用于耦合进入屏蔽箱体的背景噪声进行吸收。

3.根据权利要求1所述的非全屏蔽式动车整车电磁辐射发射测试装置，其特征在于，所述信号接收系统包括接收天线、同轴电缆和测量接收仪；

所述接收天线置于屏蔽箱体的内部，用于接收动车整车的辐射信号，并转换为电流信号；

所述同轴电缆穿过屏蔽箱体与测量接收仪相连，用于传递接收天线的电流信号，并传递给测量接收仪；

所述测量接收仪用于分析同轴电缆传递的电流信号。

4.根据权利要求3所述的非全屏蔽式动车整车电磁辐射发射测试装置，其特征在于，所述信号接收系统还包括射频转接头，所述射频转接头置于同轴电缆通过屏蔽箱体的接口处，用于减少背景噪声的进入屏蔽箱体以及防止接收天线和测量接收机之间的相互干扰。

5.根据权利要求2所述的非全屏蔽式动车整车电磁辐射发射测试装置，其特征在于，所述金属外壳为低电阻率的金属材料；优选的为铜。

6.根据权利要求2所述的非全屏蔽式动车整车电磁辐射发射测试装置，其特征在于，所述泡沫角锥吸波材料包括泡沫斜角锥吸波材料和泡沫直角锥吸波材料；

所述泡沫斜角锥吸波材料铺设于屏蔽箱体的上下左右的四个内侧面；

所述泡沫直角锥吸波材料铺设于屏蔽箱体的后侧面。

7.根据权利要求6所述的非全屏蔽式动车整车电磁辐射发射测试装置，其特征在于，所述泡沫斜角锥吸波材料的锥顶夹角为30°。

8.根据权利要求3所述的非全屏蔽式动车整车电磁辐射发射测试装置，其特征在于，所述接收天线为对数周期天线。

9.根据权利要求3所述的非全屏蔽式动车整车电磁辐射发射测试装置，其特征在于，所述同轴电缆为基频同轴电缆。

10.根据权利要求3所述的非全屏蔽式动车整车电磁辐射发射测试装置，其特征在于，所述射频转接头为航天插头。