CN111104642A - 一种确定混波室内搅拌器独立搅拌位置数的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种确定混波室内搅拌器独立搅拌位置数的方法，采用由皮尔逊系数确定的相关矩阵方法结合相关系数阈值确定搅拌器效率。利用电场监视器等检测混波室内部多个检测场点的电场值，得到关于每一个搅拌位置多个检测场点的电场向量，并由任意两个向量的皮尔逊相关系数确定关于搅拌器步进数的对称方阵，进而由相关系数阈值去除相关矩阵的相应行或列，此时独立搅拌位置加一，重复上述步骤，直至方阵的秩为1，得到的搅拌位置数加一即为最终的独立搅拌位置。本发明能克服目前已有方法测试不准确或测试步骤繁琐等缺点，简单使用，具有很好的工程价值。

Description

一种确定混波室内搅拌器独立搅拌位置数的方法
技术领域
本发明属于电磁兼容测试技术领域，具体涉及一种确定混波室内搅拌器独立搅拌位置数的方法。
背景技术
混波室由高电导率金属制成的电大的多模腔体，通常配备一个或多个搅拌器以改变腔体内部边界条件，进而形成统计均匀、各向同性的电磁场。在低频段，尤其是靠近最低可用频率附近，混波室内部分区域的能量未被充分搅拌，往往会使其场分布拒绝理想的瑞利分布。高效的搅拌器能充分搅拌混波室内能量，即对混波室中的场模式产生统计意义的变化，在一定程度上影响混波室的低频性能。
对于搅拌效率，通常以搅拌器所能提供的独立搅拌位置数评定。目前，已有的方法主要包括自相关函数法(IEC 61000-4-21)、多变量矩阵法等。在工程应用中，这些方法都具有一定的缺陷，其中自相关函数法受空间采样点变异性影响显著，如图1所示，在低频时场强不均匀会使独立搅拌位置数过估计，而在高频时，混波室内的电磁场虽然是统计均匀的，但场的变异性较大，取不同的空间采样点，对应估计的独立搅拌位置数相差显著；与阈值无关的多变量矩阵法依赖于相关矩阵非对角元素的零相关，在高频将会过低估计独立搅拌位置数；与阈值相关的多变量矩阵法对空间采样点数量要求较高，通常至少400个独立空间点才能在较高置信水平下准确估计独立搅拌位置数，显然这在工程上不合理。
发明内容
为解决上述问题，本发明公开了一种确定混波室内搅拌器独立搅拌位置数的方法，即以搅拌位置间皮尔逊相关系数为元素的相关矩阵法确定搅拌器的独立搅拌位置数。
为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：
一种确定混波室内搅拌器独立搅拌位置数的方法，包括以下步骤：
第一部分：获取统计样本
(a)在混波室工作空间内部确定测试场点Nw。通过Hill的技术报告(NISTTechnical Note 1506-Electromagnetic theory of Reverberation Chamber)中提到的空间相关函数验证空间场点是相互独立的，即
Figure BDA0002333567220000011
其中，r为场点间距，kN为波数。一般的，空间场点间距不小于四分之一波长，即可认为场点之间是相互独立的。
(b)将独立的空间场点数记为Nw、搅拌位置总数记为Ns、独立搅拌位置数记为Nβ。对于每个频点，E1≤k≤Nw＝(Ek1,Ek2,…,EkNs)为每个搅拌位置不同空间场点构成的行向量，经Ns次搅拌，得到Nw×Ns维矩阵样本。
第二部分：确定独立搅拌位置数
(c)任取Nw×Ns维矩阵样本中的第i列，并将其记为Ei＝(E1i,E2i,,…,ENwi)。
(d)计算任意两个搅拌位置的皮尔逊相关系数rij：
Figure BDA0002333567220000021
，并构成图2所示的Ns×Ns维相关矩阵Rs，并取该矩阵的上三角(图2选择上三角，也可选择下三角)矩阵重新赋值给相关矩阵Rs。
(e)从第一行的第二列至第Ns列依次检验rij，若小于相关系数阈值rs，跳过检查下一列，反之删除该列，此时独立搅拌位置数Nβ由初始值0加上1，即Nβ＝1。注意，相关系数阈值rs由空间采样点和期望的置信水平共同决定，对于给定95％的置信水平下，其阈值在Nw＝8时为0.707，在Nw＝9时为0.666，即
Figure BDA0002333567220000022
(f)删除第一行，并将删除后的相关矩阵重新赋值给相关矩阵Rs，将赋值后相关矩阵Rs的秩大小赋值给Ns。
(g)对赋值后的相关矩阵Rs，重复步骤(e)和(f)，且每重复1次，独立搅拌位置数Nβ加1。
(h)当赋值后的为1时，重复过程停止，输出Nβ即为独立搅拌位置数。
本发明的有益效果是：
本发明能正确估计估计混波室内搅拌器搅拌或调谐所能提供的独立搅拌位置数，有效解决了IEC标准中自相关系数法对独立搅拌位置数的过高估计，采用本发明的相关矩阵法确定的搅拌器个数(Nβ-CMM)基本在IEC 61000-4-21方法确定的最大值(Nβ-MAX)与最小值(Nβ-MIN)之间，同时有效纠正了无模或少模(80MHz)IEC 61000-4-21对独立搅拌位置数的过高估计。
附图说明
图1是IEC 61000-4-21自相关函数法确定的临界搅拌位置点，其中上图为80MHz，下图为1GHz；
图2是以搅拌位置间皮尔逊相关系数为元素的相关矩阵法确定搅拌器的独立搅拌位置数的算法流程图；
图3是本发明确定的独立搅拌位置数与IEC 61000-4-21方法的比较。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
在给定的混波室中确定测试频率f，计算出对应波数k，同时由式(1)确定工作空间内部9个相互独立的点。
转动搅拌器移动256个位置，移动空间点，重复上述步骤，得到9×256维数矩阵。
记录每一个搅拌位置的电场值为Ei得到256组列向量。
由式(2)得到任意两个搅拌位置的皮尔逊相关系数rij，并且由式(3)得到在9个空间点置信区间为95％下阈值为0.666。
将得到的任意两个皮尔逊相关系数rij组成256×256的对称矩阵，并转化为上三角阵，从第二列到第256列依次检查，若有数值大于阈值删除此列，删除第一行后，记独立搅拌位置数加一。重复上述步骤，直至矩阵的秩为1，将上次得到的搅拌位置数加1即为该混波室搅拌器在频率f时的独立搅拌位置。
此处应用得到的独立搅拌位置见图三的Nβ-CMM曲线。
重复多个频点即可拟合出目标频段内搅拌器的独立采样位置。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。

Claims (1)

1.一种确定混波室内搅拌器独立搅拌位置数的方法，其特征在于：采用皮尔逊相关系数定义阈值相关矩阵估计混波室对应频率下的独立搅拌位置数，其中阈值由独立空间点和期望置信区间来确定；
具体包括以下步骤：
第一步，在混波室的工作区间内确定独立空间位置点记为Nw，确定工作频率f以及对应搅拌器的搅拌位置数Ns，通常来说Ns≥Nw；其中空间位置独立与否由空间相关函数确定，搅拌器搅拌位置数应大于预估独立数；
第二步，对应于每一个搅拌位置得到一系列的采样电场值E1≤k≤Nw＝(Ek1,Ek2,…,EkNs)；重复多个位置得到关于电场值的Ns×Nw矩阵；对应于每个位置随搅拌器变化的电场值Ei＝(E1i,E2i,,…,ENw i)；
第三步，计算皮尔逊相关系数rij以及其组成的相关系数对角阵Rs与相关阈值门限rs。将所得到的相关系数矩阵变换为上三角或者下三角矩阵，从第一行的第二列至第Ns列依次检查rij，删除比rs小的列并删除第一行，此时记独立搅拌位置数Nβ为初始值0加上1；记新的相关系数矩阵为(Rs)，Ns为新的相关系数的秩，重复上述步骤并将独立搅拌位置数加1，直至Ns-的秩为1，此时独立搅拌位置Nβ即为上次迭代的Nβ加1。
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