CN111273115A

CN111273115A - 用于低频电磁兼容测试的测量装置

Info

Publication number: CN111273115A
Application number: CN202010258731.1A
Authority: CN
Inventors: 沈学其; 彭鹏; 范文远
Original assignee: Nanjing Rong Ce Detection Techniques Co ltd
Current assignee: Nanjing Rong Ce Detection Techniques Co ltd
Priority date: 2020-04-03
Filing date: 2020-04-03
Publication date: 2020-06-12

Abstract

用于低频电磁兼容测试的测量装置主要包括混响室（10）、搅拌器（20）、三个伸缩式可调谐线极化发射天线；三个天线连接三个发射机、放置于三个相互垂直的墙面上，天线的极化方向垂直于其所在的墙面，天线在其所在墙面的位置，要避免位于所要激发模式电场零点位置，并激励起从最低阶开始、到高阶的连续的多个模式。本测量装置，可以激励起电场任意方向的模式，实现激励模式相对大小的调节，发射天线在整个测试频段都能够达到最佳的匹配，所激励模式数量多，在测量频率较低时，例如30MHz到80MHz时，依然可以提高混响室内部场强的均匀性，激励效率高。

Description

用于低频电磁兼容测试的测量装置

技术领域

本发明涉及电磁兼容测试，尤其是用于低频电磁兼容测试的测量装置。

背景技术

电磁兼容测试目的在于检验受试电气和电子产品或系统（统称为受试件）对外界电磁场的敏感度。试验中，需要让受试件处于一个均匀的电磁场中，同时屏蔽试验装置以免干扰外部环境。电磁兼容测试通常需要在电波暗室或混响室内进行，两者比较，电波暗室的测试效率比较低。随着5G通信、电子标签、电力载波等大量新技术的应用将无处不在，很多产品使用了复杂的高频辐射模式，现有电波暗室的电磁兼容测量重复性比较低，混响室将成为首选测试环境。目前混响室法已经在军用标准MIL-STD-461F/G、GJB151B、机载电子设备标准DO-160、汽车零部件标准ISO 11452-11等陆续得到应用。混响室法特别适合于大型设备级的电磁兼容测试，典型应用是汽车整车的射频辐射抗扰度测试，美国的汽车整车混响室法测试标准SAE J551-16，已经发布了2005年、2012年和2017年三个版本，不过目前国际和中国都还没有对应的标准。

作为一种电磁兼容测量装置，混响室包括屏蔽室、室内搅拌器和发射天线。屏蔽室可以屏蔽试验装置对外界的干扰。为了实现这种屏蔽，屏蔽室的隔离材料是金属。这样屏蔽室即混响室相当于一个金属波导谐振腔。由于谐振时腔体内场强呈现为驻波分布，电磁场均匀性较差，不能满足电磁兼容射频辐射抗扰度的测试要求，因此一般混响室的需要激发多种谐振模式，以保证有足够的多模谐振。同时采用搅拌器随机“搅拌”可动部件的方式，改变边界条件，进而改变谐振模式的场分布，实现时间统计平均意义上的电磁场分布的均匀化。混响室通常使用宽带对数周期天线作为发射天线，发射测试频率的电磁波，在混响室激励起所需要的模式。尽管如此，当测试频率比较低，例如在30MHz到80MHz时，还存在一些问题。

单个发射天线难以满足激励多种模式对位置、极化和比例的要求，而且可以激励模式的数量较少。如果要激励某个模式，天线必须在天线的所在位置，产生与模式电场相同极化的电场。混响室中任何模式都有电场为零的点，如果不凑巧，该模式电场为零的点恰好是天线所在位置，那么发射天线无论有多么大的功率，都无法激励起该模式。如果是单个发射天线，可能对某个模式的激励效率高，对另一个模式的激励效率低，甚至因为天线的极化方向不同于被激励模式电场方向，使得完全无法激励仅有该极化方向电场的模式，因此可以激励的模式数量较少。在天线的位置，一个天线要同时激励多个不同模式，由于不同模式电场分布的不同，这样单个天线所激励不同模式中，这些模式的相对大小的比例是固定的，这种不同模式的比例很可能不满足测试的要求。

无法在整个测试频段内天线都能够达到最佳的匹配。失配会使得天线的端口反射增加，激励效率下降。通常混响室使用的宽带对数周期天线的最低工作频率是80MHz，当测试频率低于天线的工作频率时，天线的端口反射增加，使得发射机只有少部分的功率才能够送进天线辐射出去，激励效率低，而且被天线反射的功率也影响发射机的工作。即使采用更大尺寸的宽带对数周期天线，使得天线的最低工作频率可以到30MHz，但是由于是固定尺寸的宽带天线，实际上其驻波曲线有起伏，不能保证整个测试频段内都可以达到最佳匹配。

因此，目前的混响室无法用于30MHz到80MHz电磁兼容试验，限制了混响室作为电磁兼容试验装置的应用范围。由于汽车行驶中可能遇到各种电磁环境，因而相关标准规定，汽车电磁兼容射频辐射抗扰度测试的频率范围为10kHz到18GHz，其中30MHz到80MHz频段的测试是目前亟待解决的。现有基于混响室的试验装置无法满足这样的测试要求。

发明内容

技术问题:本发明提出了用于低频电磁兼容测试的测量装置，以解决单个发射天线难以满足激励多种模式对位置、极化和比例的要求的问题，以解决激励模式数量较少、极化类型单一的问题，以解决天线无法在整个测试频段都能够达到最佳的匹配的问题和以激励效率低的问题，使得在测试频率较低时，依然可以提高混响室内部场强的均匀性，提高激励效率。

技术方案：

本发明的用于低频电磁兼容测试的测量装置，其特征在于该装置包括混响室、搅拌器、三个发射天线；三个发射天线是分别前壁天线、侧壁天线和顶面天线；混响室内部形状为长方体，有前壁、后壁、第一侧壁、第二侧壁、底面和顶面共六个墙面；搅拌器位于混响室的后壁上；前壁天线、侧壁天线和顶面天线都是线极化、伸缩式的调谐天线；前壁天线位于前壁上，前壁天线的极化方向垂直于前壁，以激励起电场具有前壁天线极化方向分量的多个模式；顶面天线位于顶面上，顶面天线的极化方向垂直于顶面，以激励起电场具有顶面天线极化方向分量的多个模式；侧壁天线位于第一侧壁或第二侧壁上，侧壁天线的极化方向垂直于第一侧壁，以激励起电场具有侧壁天线极化方向分量的多个模式。

前壁天线、侧壁天线和顶面天线可以接不同的发射机，每个天线的发射功率可以根据具体测试要求调整，使得不同模式的相对大小符合测试要求。

根据测试频段调整前壁天线、侧壁天线和顶面天线的长度，使得前壁天线、侧壁天线和顶面天线都达到各自的最佳匹配状态。

前壁天线在前壁的位置，要避免位于所要激发模式电场零点的位置，并激励起从最低阶开始、到高阶的连续的多个模式；前壁天线不在前壁的中心，以有效激励偶阶模式；前壁天线距离前壁较近边缘的距离，为该边缘到其对面边缘距离的五分之一倍到四分之一倍之间，但不是九分之二倍，也不是十一分之三倍。

顶面天线在顶面的位置，要避免位于所要激发模式电场零点的位置，并激励起从最低阶开始、到高阶的连续的多个模式；顶面天线不在顶面的中心，以有效激励偶阶模式；顶面天线距离顶面较近边缘的距离，为该边缘到其对面边缘距离的五分之一倍到四分之一倍之间，但不是九分之二倍，也不是十一分之三倍。

侧壁天线在其所在侧壁的位置，要避免位于所要激发模式电场零点的位置；侧壁天线不在其所在侧壁的中心，以有效激励偶阶模式，并激励起从最低阶开始、到高阶的连续的多个模式；侧壁天线距离其所在侧壁较近边缘的距离，为该边缘到其对面边缘距离的五分之一倍到四分之一倍之间，但不是九分之二倍，也不是十一分之三倍。

在本装置中，整个混响室内的三个发射天线分布在三个相互垂直的墙面上，因此所有三个正交方向上，都有相应极化的天线。我们用坐标系描述混响室，把前壁、底面和第一侧壁的交点为坐标系的原点，x轴的方向从原点指向前壁、底面和第二侧壁的交点，y轴方向从原点指向顶面、前壁和第一侧壁的交点，z轴方向从原点指向后壁、第一侧壁和底面的交点。前壁天线的具体位置可以保证激励起具有z方向电场的TMmnp或者TEmnp模式中、p为任意、m不大于16和n不大于16的所有模式。同理，顶面天线的具体位置可以保证激励起具有y方向电场的TMmnp或者TEmnp模式中、m为任意、n不大于16和p不大于16的所有模式；侧壁天线的具体位置可以保证激励起具有x方向电场的TMmnp或者TEmnp模式中、n为任意、m不大于16和p不大于16的所有模式。以上述方式就可以有效的激励起所有极化方向的、更多的模式。

三个发射天线可以放置在混响室任意三个相互垂直的墙面上。三个发射天线同时工作，不仅可以激励出电场只有一个方向分量的模式，而且还可以激励出电场有两个分量和三个分量的模式，测试频段内的模式数量大大增加，不仅大大提高了内部场强的均匀性，而且还改善了发射天线的匹配状态，提高了激励效率。

由于三个发射天线的输入功率可以分别调整，改变三个天线的输入功率比，提供了一个控制所激励模式相对大小的手段，经过仿真设计，可以找到优化的输入功率比，以进一步改善整个混响室内部场强的均匀性，或者受试件局部区域场强的均匀性。

由于采用了收缩式发射天线，可以根据测试需要，改变收缩长度，就可以改变天线的中心工作频率，使之等于测试频率，因此发射天线可以处于最佳匹配状态。

本用于低频电磁兼容测试的测量装置的技术方案，使得混响室的模式增多、发射天线的匹配提高，这两种综合作用的结果，使得只需要一百瓦左右的发射功率，混响室内的场强就可以达到以前数千瓦才能具有的场强。

有益效果：本发明的有益效果是：所提出的用于低频电磁兼容测试的测量装置，可以激励起电场任意方向的模式，实现激励模式相对大小的调节，发射天线在整个测试频段都能够达到最佳的匹配，所激励模式数量多，在测量频率较低时，例如30MHz到80MHz时，依然可以提高混响室内部场强的均匀性，激励效率高。

附图说明

图1是本发明的用于低频电磁兼容测试的测量装置的示意图；

图2是本发明的用于低频电磁兼容测试的测量装置的侧视图

图3是本发明的用于低频电磁兼容测试的测量装置的顶视图；

图中有，混响室（10）、前壁（11）、后壁（12）、第一侧壁（13）、第二侧壁（14）、底面（15）、顶面（16）、搅拌器（20）、前壁天线（31）、侧壁天线（32）和顶面天线（33）。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

本发明所采用的实施方案是：用于低频电磁兼容测试的测量装置该装置包括混响室10、搅拌器20、三个发射天线；三个发射天线是分别前壁天线31、侧壁天线32和顶面天线33；混响室10内部形状为长方体，有前壁11、后壁12、第一侧壁13、第二侧壁14、底面15和顶面16共六个墙面；搅拌器20位于混响室10的后壁12上；前壁天线31、侧壁天线32和顶面天线33都是线极化、伸缩式的调谐天线；前壁天线31位于前壁11上，前壁天线31的极化方向垂直于前壁11，以激励起电场具有前壁天线31极化方向分量的多个模式；顶面天线33位于顶面16上，顶面天线33的极化方向垂直于顶面16，以激励起电场具有顶面天线16极化方向分量的多个模式；侧壁天线32位于第一侧壁13或第二侧壁14上，侧壁天线32的极化方向垂直于第一侧壁13，以激励起电场具有侧壁天线32极化方向分量的多个模式。

前壁天线31、侧壁天线32和顶面天线33可以接不同的发射机，每个天线的发射功率可以根据具体测试要求调整，使得不同模式的相对大小符合测试要求。

根据测试频段调整前壁天线31、侧壁天线32和顶面天线33的长度，使得前壁天线31、侧壁天线32和顶面天线33都达到各自的最佳匹配状态。

前壁天线31在前壁11的位置，要避免位于所要激发模式电场零点的位置，并激励起从最低阶开始、到高阶的连续的多个模式；前壁天线31不在前壁11的中心，以有效激励偶阶模式；前壁天线31距离前壁11较近边缘的距离，为该边缘到其对面边缘距离的五分之一倍到四分之一倍之间，但不是九分之二倍，也不是十一分之三倍。

顶面天线33在顶面16的位置，要避免位于所要激发模式电场零点的位置，并激励起从最低阶开始、到高阶的连续的多个模式；顶面天线33不在顶面16的中心，以有效激励偶阶模式；顶面天线33距离顶面16较近边缘的距离，为该边缘到其对面边缘距离的五分之一倍到四分之一倍之间，但不是九分之二倍，也不是十一分之三倍。

侧壁天线32在其所在侧壁的位置，要避免位于所要激发模式电场零点的位置；侧壁天线32不在其所在侧壁的中心，以有效激励偶阶模式，并激励起从最低阶开始、到高阶的连续的多个模式；侧壁天线32距离其所在侧壁较近边缘的距离，为该边缘到其对面边缘距离的五分之一倍到四分之一倍之间，但不是九分之二倍，也不是十一分之三倍。

在本装置中，整个混响室10内的三个发射天线分布在三个相互垂直的墙面上，因此所有三个正交方向上，都有相应极化的天线。我们用坐标系描述混响室10，把前壁11、底面15和第一侧壁13的交点为坐标系的原点，x轴的方向从原点指向前壁11、底面15和第二侧壁14的交点，y轴方向从原点指向顶面16、前壁11和第一侧壁13的交点，z轴方向从原点指向后壁12、第一侧壁13和底面15的交点。前壁天线31的具体位置可以保证激励起具有z方向电场的TMmnp或者TEmnp模式中、p为任意、m不大于16和n不大于16的所有模式。同理，顶面天线33的具体位置可以保证激励起具有y方向电场的TMmnp或者TEmnp模式中、m为任意、n不大于16和p不大于16的所有模式；侧壁天线32的具体位置可以保证激励起具有x方向电场的TMmnp或者TEmnp模式中、n为任意、m不大于16和p不大于16的所有模式。以上述方式就可以有效的激励起所有极化方向的、更多的模式。

三个发射天线可以放置在混响室10任意三个相互垂直的墙面上。三个发射天线同时工作，不仅可以激励出电场只有一个方向分量的模式，而且还可以激励出电场有两个分量和三个分量的模式，测试频段内的模式数量大大增加，不仅大大提高了混响室10内部场强的均匀性，而且还改善了发射天线的匹配状态，提高了激励效率。

由于三个发射天线的输入功率可以分别调整，改变三个天线的输入功率比，提供了一个控制所激励模式相对大小的手段，经过仿真设计，可以找到优化的输入功率比，以进一步改善整个混响室10内部场强的均匀性，或者受试件局部区域场强的均匀性。

本用于低频电磁兼容测试的测量装置的技术方案，使得混响室的模式增多、发射天线的匹配提高，这两种综合作用的结果，使得只需要一百瓦左右的发射功率，混响室内的场强就可以达到以前数千瓦才能具有的场强，满足测试要求。

根据以上所述，便可实现本发明。

Claims

1.用于低频电磁兼容测试的测量装置，其特征在于该装置包括混响室（10）、搅拌器（20）、三个发射天线；三个发射天线是分别前壁天线（31）、侧壁天线（32）和顶面天线（33）；混响室（10）内部形状为长方体，有前壁（11）、后壁（12）、第一侧壁（13）、第二侧壁（14）、底面（15）和顶面（16）共六个墙面；搅拌器（20）位于混响室（10）的后壁（12）上；前壁天线（31）、侧壁天线（32）和顶面天线（33）都是线极化、伸缩式的调谐天线；前壁天线（31）位于前壁（11）上，前壁天线（31）的极化方向垂直于前壁（11），以激励起电场具有前壁天线（31）极化方向分量的多个模式；顶面天线（33）位于顶面（16）上，顶面天线（33）的极化方向垂直于顶面（16），以激励起电场具有顶面天线（16）极化方向分量的多个模式；侧壁天线（32）位于第一侧壁（13）或第二侧壁（14）上，侧壁天线（32）的极化方向垂直于第一侧壁（13），以激励起电场具有侧壁天线（32）极化方向分量的多个模式。

2.根据权利要求1所述的用于低频电磁兼容测试的测量装置，其特征在于前壁天线（31）、侧壁天线（32）和顶面天线（33）可以接不同的发射机，每个天线的发射功率可以根据具体测试要求调整，使得不同模式的相对大小符合测试要求。

3.根据权利要求1所述的用于低频电磁兼容测试的测量装置，其特征在于根据测试频段调整前壁天线（31）、侧壁天线（32）和顶面天线（33）的长度，使得前壁天线（31）、侧壁天线（32）和顶面天线（33）都达到各自的最佳匹配状态。

4.根据权利要求1所述的用于低频电磁兼容测试的测量装置，其特征在于前壁天线（31）在前壁（11）的位置，要避免位于所要激发模式电场零点的位置，并激励起从最低阶开始、到高阶的连续的多个模式；前壁天线（31）不在前壁（11）的中心，以有效激励偶阶模式；前壁天线（31）距离前壁（11）较近边缘的距离，为该边缘到其对面边缘距离的五分之一倍到四分之一倍之间，但不是九分之二倍，也不是十一分之三倍。

5.根据权利要求1所述的用于低频电磁兼容测试的测量装置，其特征在于顶面天线（33）在顶面（16）的位置，要避免位于所要激发模式电场零点的位置，并激励起从最低阶开始、到高阶的连续的多个模式；顶面天线（33）不在顶面（16）的中心，以有效激励偶阶模式；顶面天线（33）距离顶面（16）较近边缘的距离，为该边缘到其对面边缘距离的五分之一倍到四分之一倍之间，但不是九分之二倍，也不是十一分之三倍。

6.根据权利要求1所述的用于低频电磁兼容测试的测量装置，其特征在于侧壁天线（32）在其所在侧壁的位置，要避免位于所要激发模式电场零点的位置；侧壁天线（32）不在其所在侧壁的中心，以有效激励偶阶模式，并激励起从最低阶开始、到高阶的连续的多个模式；侧壁天线（32）距离其所在侧壁较近边缘的距离，为该边缘到其对面边缘距离的五分之一倍到四分之一倍之间，但不是九分之二倍，也不是十一分之三倍。