CN109100576A - 一种电缆时域屏蔽效能的辐射场测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电缆时域屏蔽效能的辐射场测量方法，设在同一线性介质中有两种同频率的源，a处的源的电流密度为，磁流密度为,b处的源的电流密度为，磁流密度为,它们相应的场分别为、和、。本发明通过电缆辐射场的测量得到电缆的电磁脉冲屏蔽效能。

Description

一种电缆时域屏蔽效能的辐射场测量方法

技术领域

本发明涉及电子测量技术领域，特别涉及一种电缆时域屏蔽效能的辐射场测量方法。

背景技术

电缆屏蔽效能一般采用转移阻抗的概念进行定义，非常不直观，由于转移阻抗是频率的函数，在针对时域信号的屏蔽效能分析时，转移阻抗也失去了意义。

电缆耦合是电子系统电磁脉冲损伤的重要方式，因而电缆的电磁脉冲屏蔽效能是系统设计的关键问题之一。屏蔽效能定义为空间某点上未加屏蔽时的电场强度(或磁场强度)与加屏蔽后该点的电场强度(或磁场强度)的比值。根据此定义对电缆电磁脉冲屏蔽效能进行研究非常困难，这是因为电缆屏蔽层内部的场强很难测量。

由于电缆屏蔽层内部的场强测量非常困难,所以在电磁兼容领域通常用电缆屏蔽层的转移阻抗来表示屏蔽效能。屏蔽体转移阻抗的最普通形式为：

式中:为屏蔽层上流过的总电流;为在电缆屏蔽层和电缆芯线单位长度上形成的电压。

转移阻抗即表示长1m的电缆中,由1A的屏蔽层电流在电缆芯线和屏蔽层间所形成的开路电压。其值越低，表示该电缆的屏蔽效能越好。

从转移阻抗的定义可以看出，用转移阻抗表征电缆的屏蔽效能是在电缆屏蔽层内耦合场无法测量时的一种过渡方法，转移阻抗尚不能定量刻画电缆的屏蔽效能，只能描述电缆屏蔽的相对效果。当研究电缆对电磁脉冲等时域瞬态信号的屏蔽效能时，转移阻抗的概念更是暴露出明显的不足。转移阻抗是频率的函数，随频率变化，而电磁脉冲是时域瞬态信号，其频谱是宽带连续谱, 转移阻抗的概念很难被引用。

由于电缆电磁脉冲屏蔽效能的测量很难采用转移阻抗的概念，所以在电磁脉冲辐射场试验中一般采用芯电流测量法。芯电流测量法的原理是将待测电缆放入辐射场中，电缆芯线端接负载，放入屏蔽箱内。在电磁脉冲辐射场作用下，同时测量电缆中心处屏蔽层上的电流和端接负载上的芯电流, 定义s为电缆在该使用状态下的屏蔽效能, 则

在该使用状态下的屏蔽效能是指电缆的端接方式，包括端接负载的性质(阻性、容性、感性)、端接负载的大小、端接负载的连接方式(芯线对芯线、芯线对电缆屏蔽层)。

辐射场芯电流测量法是一种被电缆用户所接受的电缆电磁脉冲屏蔽效能测量法，因为它是针对用户使用电缆的方式，有针对性的测量用户所关心的参数。但是，辐射场芯电流测量法存在着明显的不足，即它的测量结果没有通用性，当端接负载的情况发生了变化，测量的结果也将有所不同。然而, 电缆对电磁脉冲的屏蔽效能是电缆本身的属性，它的表征不应该随着电缆使用状况的不同而改变。

发明内容

为解决上述背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种电缆时域屏蔽效能的辐射场测量方法，以达到通过电缆辐射场的测量得到电缆的电磁脉冲屏蔽效能的目的。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种电缆时域屏蔽效能的辐射场测量方法，设在同一线性介质中有两种同频率的源，a处的源的电流密度为，磁流密度为,b处的源的电流密度为，磁流密度为,它们相应的场分别为、和、，显然它们各自满足场方程：

可以推得：

以上是互易性原理的微分形式；

互易性原理的积分形式为

可以证明, 只要闭合面S包围了全部源，或者全部源位于闭合面S之外,上式即可写成

考虑到源a仅位于V a 中, 源b仅位于V b 中, 上式可以写为

在互易性原理的推导中，只要求介质是线性介质，对媒质的均匀性没有要求，可以证明，当V中局部区域内存在理想导电体或理想导磁体时，互易性原理仍然成立，还可以证明,互易性原理不但适用于时谐场, 对于任何时变场都适用。

互易性原理说明，a处的电流源在b处引起的电场等于b处同样的电流源在a处引起的电场，即任何天线的接收图和发射图是相同的。

进一步地，屏蔽电缆中，电缆芯线对外界电磁场的感应类似天线的接收, 外界电磁脉冲通过电缆屏蔽层进入电缆内部被芯线接收到，根据互易性原理, 可以通过电缆芯线的辐射特性研究, 得到电缆芯线的接收特性，即通过研究电缆在无屏蔽时的辐射场和有屏蔽时的辐射场，得到电缆的屏蔽效能： 。

通过上述技术方案，本发明提供的一种电缆时域屏蔽效能的辐射场测量方法，基于电磁理论的“互易性原理”提出了“辐射场测量法”测量电缆电磁脉冲屏蔽效能的方法，该方法通过电缆辐射场的测量得到电缆的电磁脉冲屏蔽效能，不但可以进行电缆屏蔽效能的时域测量，还可以通过改变信号源的类型，对电缆的屏蔽效能进行频域测量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为无屏蔽层时电缆辐射场测量示意图；

图2为有屏蔽层时电缆辐射场测量示意图；

图3为无屏蔽层时电缆辐射场测量波形；

图4为有屏蔽层时电缆辐射场测量波形。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

本发明提供的一种电缆时域屏蔽效能的辐射场测量方法，设在同一线性介质中有两种同频率的源，a处的源的电流密度为，磁流密度为,b处的源的电流密度为，磁流密度为,它们相应的场分别为、和、，显然它们各自满足场方程：

可以推得：

以上是互易性原理的微分形式；

互易性原理的积分形式为

可以证明, 只要闭合面S包围了全部源，或者全部源位于闭合面S之外,上式即可写成

考虑到源a仅位于V a 中, 源b仅位于V b 中, 上式可以写为

在互易性原理的推导中，只要求介质是线性介质，对媒质的均匀性没有要求，可以证明，当V中局部区域内存在理想导电体或理想导磁体时，互易性原理仍然成立，还可以证明,互易性原理不但适用于时谐场, 对于任何时变场都适用。

互易性原理说明，a处的电流源在b处引起的电场等于b处同样的电流源在a处引起的电场，即任何天线的接收图和发射图是相同的。

进一步地，屏蔽电缆中，电缆芯线对外界电磁场的感应类似天线的接收, 外界电磁脉冲通过电缆屏蔽层进入电缆内部被芯线接收到，根据互易性原理, 可以通过电缆芯线的辐射特性研究, 得到电缆芯线的接收特性，即通过研究电缆在无屏蔽时的辐射场和有屏蔽时的辐射场，得到电缆的屏蔽效能：。

实施例一：

SYV50-5同轴电缆是一种工程上最常用的电缆，人们对于它的屏蔽效能研究较多, 认识相对也比较统一。

这里采用辐射测量法, 研究SYV50-5同轴电缆的电磁脉冲屏蔽效能。

脉冲源外接50Ω同轴电缆，电缆长10m，终端芯线与屏蔽箱之间接50Ω电阻匹配，屏蔽箱与电缆屏蔽层相接，脉冲源和屏蔽箱分别接地。通过脉冲源给电缆芯线注入瞬态电流。采用基于光纤传输的电磁脉冲电场测量系统测量电缆芯线在有无屏蔽情况下的辐射电场。整个测量过程中，要保证电缆、辐射场测点的相对位置保持不变。图1、图2给出了有、无屏蔽层条件下, 电缆芯线电磁脉冲辐射场测量的示意图。

图3给出了无屏蔽时电缆芯线的辐射场测量波形，由测量结果得出，在测量点位置，芯线的辐射电场最大峰值为6 V/m 。图4给出了有屏蔽时电缆芯线的辐射场测量波形。由测量结果得出，在测量点位置,芯线的辐射电场最大峰值为900 V/m 。

由测量结果,并根据公式可得该电缆的屏蔽效能s=20lg(E0 /Ei)=43.5 dB。

本发明公开的一种电缆时域屏蔽效能的辐射场测量方法，基于电磁理论的“互易性原理”提出了“辐射场测量法”测量电缆电磁脉冲屏蔽效能的方法，该方法通过电缆辐射场的测量得到电缆的电磁脉冲屏蔽效能，不但可以进行电缆屏蔽效能的时域测量，还可以通过改变信号源的类型，对电缆的屏蔽效能进行频域测量；其对于传统方法很难处理的多芯电缆、双屏蔽电缆、特种电缆(个别芯线另加屏蔽)的屏蔽效能测量，辐射测量法同样有效；通过改变传感器的类型，测量辐射磁场，可以得到电缆对磁场的屏蔽效能。

该测试方法具有物理概念清晰、简单、有效等特点，可以广泛应用与电子装备抗瞬态电磁干扰指标论证、试验测试等领域。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (2)

1.一种电缆时域屏蔽效能的辐射场测量方法，其特征在于，设在同一线性介质中有两种同频率的源，a处的源的电流密度为，磁流密度为,b处的源的电流密度为，磁流密度为,它们相应的场分别为、和、，显然它们各自满足场方程：

可以推得：

以上是互易性原理的微分形式；

互易性原理的积分形式为

可以证明, 只要闭合面S包围了全部源，或者全部源位于闭合面S之外,上式即可写成

考虑到源a仅位于V a 中, 源b仅位于V b 中, 上式可以写为

互易性原理说明，a处的电流源在b处引起的电场等于b处同样的电流源在a处引起的电场，即任何天线的接收图和发射图是相同的。

2.根据权利要求1所述的一种电缆时域屏蔽效能的辐射场测量方法，其特征在于，根据互易性原理, 可以通过电缆芯线的辐射特性研究, 得到电缆芯线的接收特性，即通过研究电缆在无屏蔽时的辐射场和有屏蔽时的辐射场，得到电缆的屏蔽效能：。