CN111337756A - 一种评价脉冲激励混响室测试区域电场均匀性方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电磁兼容测试技术领域，公开的一种评价脉冲激励混响室测试区域电场均匀性方法，是通过适量网络分析仪分别采集单个搅拌器位置下测试区域若干个顶点处S21参数，从频域出发，经逆傅里叶变换至时域，再通过时间门技术截取时间段内的时域信号进行处理，通过时间门技术截取源信号在混响室测试区域内的一段信号，计算这段时间门内的电场强度标准偏差，及总标准偏差；最后，将得到的正交方向标准偏差和总标准偏差与国际电工委员会的规定值进行对比。本发明的测量过程简便，速度快，节省测试时间。引入的误差较小，得到的结果更接近真实混响室内测试区域电磁场环境的分布特性。

Description

一种评价脉冲激励混响室测试区域电场均匀性方法

技术领域

本发明属于电磁兼容测试技术领域，涉及一种评价脉冲激励混响室测试区域电场均匀性方法。

背景技术

目前，混响室技术已经成为电磁兼容测试领域一个非常重要的分支，混响室可提供统计均匀、随机极化、各向同性的漫射场电磁环境。这类电磁环境可模拟密闭腔室内电磁环境。事实上，在武器装备、航空航天飞行器、工业控制仪器室、移动通讯、交通车辆等领域，大量存在着电大屏蔽腔室内的漫射场环境，例如大型装备的仪器舱、客机和航天器的客舱、工作舱。这些设备内部、设备与设备、设备与系统，以及系统与系统之间的电磁兼容问题日益突出，极大地影响了电子设备或系统的性能。为应对此类问题，必须在设备定型前对其进行电磁兼容性测试，进而提高其应对复杂电磁环境的能力。因此，逼真模拟设备所处电磁环境是电磁兼容测试领域中十分重要的工作。长期以来，定量模拟电磁环境的测试平台是电磁兼容领域的一个研究热点。

而目前国内外所用混响室都是利用连续波进行激励，形成驻波和放大效应产生强场并利用其多次反射形成统计均匀场环境。而在现实生活中，在屏蔽腔室环境中大量存在着脉冲激励源的情况，包括电磁脉冲武器攻击在各类屏蔽舱/室内产生的耦合场的情况。近年来，一些学者利用脉冲作为激励源注入混响室中，对电子设备进行各类电磁兼容测试，如辐射抗扰度等。脉冲激励混响室是否具有混响室内所特有的统计均匀特性，仍然需要进行系统研究。然而，国内外标准和文献中给出了判断混响室内频域电磁场均匀性的方法，如国际电工委员会IEC61000-4-21标准中给出了混响室工作区域内标准偏差的计算方法以及限值。但标准中的方法主要是针对于连续波频域信号，并不适用于脉冲激励而产生的时域信号。因此目前急需一种应用于脉冲激励混响室的均匀性评价方法。

有文献给出了一种简单的时域脉冲场均匀性评价，但都是直接基于时域信号的评价方法。然而，在混响室中很难对时域波形进行无损采集，提取到的时域波形往往会有较大失真。基于失真数据的后处理过程也会产生较大偏差。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明提供了一种评价脉冲激励混响室测试区域电场均匀性方法，是基于时间门的脉冲激励混响室测试区域电磁场均匀性评价方法。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案是：

一种评价脉冲激励混响室测试区域电场均匀性方法，利用适量网络分析仪分别采集单个搅拌器位置下测试区域8个顶点处S21参数，从频域出发，经逆傅里叶变换至时域，再利用时间门技术截取一定时间段内的时域信号进行处理，利用时间门技术截取源信号在混响室测试区域内的一段信号，计算这段时间门内的电场强度标准偏差，既为时域条件下的均匀性。首先在测试区域8个顶点位置采集电场信号，需要在12个独立搅拌位置下分别测试。提取这12个独立搅拌位置8个顶点处的系综峰值包络。然后利用时间门技术截取系综峰值包络的一个时间段，分别计算三个正交方向的标准偏差，以及总标准偏差。最后，将得到的正交方向标准偏差和总标准偏差与国际电工委员会的规定值进行对比，得出结论。该方法引入的误差较小，得到的结果更接近真实混响室内测试区域电磁场环境的分布特性。具体实施步骤如下：

第一步，利用适量网络分析仪分别采集单个搅拌器位置下测试区域8个顶点处S21

参数，记为S21₁,S21₂,S21₃......S21₈，在12个独立搅拌位置下重复该过程，得到12组数据，记为(S21₁，S21₂，S21₃......S21₈)₁(S21₁,S21₂，S21₃......S21₈)₂......(S21₁,S21₂,S21₃......S21₈)₁₂。

将测得的S21参数经逆傅里叶变换至时域，得到8个测试位置在12个独立搅拌位置下的时域波形。

第二步，提取系综峰值包络

按照时间序列，提取12组信号的系综峰值包络，得到：

E_max(i,n)＝max(S21₁,S21₂,S21₃......S21₈)_n (1)

其中，i为时间序列，n为12个独立搅拌位置，E_max表示提取包络信号。此时的S21参数已经转换至时域，表示混响室测试区域时域场强，此时用字符E来代替S21。

利用时间门技术截取采集到的信号，因此截取后的信号包络为：

E_max(t,n)＝max(E₁,E₂,E₃......E₈)_n (2)

t为选取的时间门宽度。

式(2)中包含了3个正交方向上的时域信号，分别为：

E_max,x(t,n)＝max(E₁，E₂，E₃......E₈)_n,x，记为E_n,x (3)

E_max,y(t,n)＝max(E₁,E₂，E₃......E₈)_n，y，记为E_n,y (4)

E_max,z(t,n)＝max(E₁,E₂,E₃......E₈)_n,z，记为E_n,z (5)

第三步，计算标准偏差

取12个独立搅拌位置处，8个顶点时域信号平均值，得到：

三个正交方向上的标准偏差以及总的标准偏差可由下式得出：

将标准偏差转换至分贝，可得：

第四步，调整工作区域位置，按照第三步给出的方法，得出三个正交方向和总的标准偏差。并与国际电工委员会IEC61000-4-21标准中给出的标准偏差限值进行对比。若得出的标准偏差大于标准规定值，则需要缩小测试区域体积(以λ/4为步长，持续缩小测试区域体积)，重新进行第三步的步骤，直至符合标准规定值。

由于采用上述技术方案，本发明的优越性如下：

一种评价脉冲激励混响室测试区域电场均匀性方法，是对脉冲激励混响室测试区域电磁场均匀性的一种评价方法。是对电磁兼容测试领域里混响室测试方法的有效拓展。该方法从频域出发，经逆傅里叶变换至时域，再利用时间门技术截取一定时间段内的时域信号进行处理，引入的误差较小，得到的结果更接近真实混响室内测试区域电磁场环境的分布特性。具体优越性如下：

(1)本发明提供的方法引入的误差较小，得到的结果更接近真实混响室内测试区域电磁场环境的分布特性。

(2)利用时间门技术，针对混响室测试区域时域场的均匀性测试，该测量过程简便，速度快，节省测试时间。

附图说明

图1为一种评价脉冲激励混响室测试区域电场均匀性流程图。

图2 a)激励高斯脉冲图；

图2 b)高斯脉冲激励混响室工作区域某顶点处单一搅拌位置下归一化场强图；

图3 a)脉冲电场实部频域信息图；

图3 b)脉冲电场虚部频域信息图；

图4 a)脉冲激励混响室工作体积1内时域总标准偏差图；

图4 b)脉冲激励混响室工作体积1内频域总标准偏差图；

图5 a)脉冲激励混响室工作体积2内时域总标准偏差图；

图5 b)脉冲激励混响室工作体积2内频域总标准偏差图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明的技术方案，以下内容将结合附图对本发明的实施方式作进一步描述。

如图1所示，一种评价脉冲激励混响室测试区域电场均匀性方法，利用适量网络分析仪分别采集单个搅拌器位置下测试区域8个顶点处S21参数，从频域出发，经逆傅里叶变换至时域，再利用时间门技术截取一定时间段内的时域信号进行处理，利用时间门技术截取源信号在混响室测试区域内的一段信号，计算这段时间门内的电场强度标准偏差，既为时域条件下的均匀性。首先在测试区域8个顶点位置采集电场信号，需要在12个独立搅拌位置下分别测试。提取这12个独立搅拌位置8个顶点处的系综峰值包络。然后利用时间门技术截取系综峰值包络的一个时间段，分别计算三个正交方向的标准偏差，以及总标准偏差。最后，将得到的正交方向标准偏差和总标准偏差与国际电工委员会的规定值进行对比，得出结论。该方法引入的误差较小，得到的结果更接近真实混响室内测试区域电磁场环境的分布特性。

具体实施步骤如下：

第一步，通过适量网络分析仪分别采集单个搅拌器位置下测试区域8个顶点处S21参数，记为S21₁，S21₂,S21₃......S21₈，在12个独立搅拌位置下重复该过程，得到12组数据，记为(S21₁，S21₂，S21₃......S21₈)₁(S21₁,S21₂,S21₃......S21₈)₂......(S21₁，S21₂,S21₃......S21₈)₁₂；

将测得的S21参数经逆傅里叶变换至时域，得到8个测试位置在12个独立搅拌位置下的时域波形；

第二步，提取系综峰值包络，按照时间序列，提取12组信号的系综峰值包络，得到：

E_max(i,n)＝max(S21₁,S21₂，S21₃......S21₈)_n (1)

其中，i为时间序列，n为12个独立搅拌位置，E_max表示提取包络信号。此时的S21参数已经转换至时域，表示混响室测试区域时域场强，此时用字符E来代替S21；

通过时间门技术截取采集到的信号，因此截取后的信号包络为：

E_max(t，n)＝max(E₁,E₂,E₃......E₈)_n (2)

t为选取的时间门宽度；式(2)中包含了3个正交方向上的时域信号，分别为：

E_max,x(t,n)＝max(E₁,E₂,E₃......E₈)_n,x，记为E_n,x (3)

E_max,y(t,n)＝max(E₁,E₂,E₃......E₈)_n,y，记为E_n，y (4)

E_max,z(t,n)＝max(E₁,E₂,E₃......E₈)_n,z，记为E_n,z (5)

第三步，计算标准偏差，取12个独立搅拌位置处，8个顶点时域信号平均值，得到：

三个正交方向上的标准偏差以及总的标准偏差由下式得出：

将标准偏差转换至分贝，得：

第四步，调整工作区域位置，按照第三步给出的方法，得出三个正交方向和总的标准偏差；并与IEC61000-4-21标准中给出的标准偏差限值进行对比；若得出的标准偏差大于标准规定值，则需要缩小测试区域体积，重新进行第三步的步骤，直至符合标准规定值。

实施中，首先采用80MHz至200MHz的高斯脉冲对混响室进行激励，图2a)、图2b)给出了激励脉冲波形图，以及在其中一个边界条件下接收到的信号波形图。图3a)、图2b)给出了脉冲场经傅里叶变换后得到的频域信息。由图可知，由于混响室的低频限值，频域能量主要集中在150MHz以上频段。

首先设定工作区域距离混响室边界的距离为λ/4，此时记为测试区域1，记录测试区域8个顶点在多个边界条件下的场强最大值。图4a)、图4b)给出了测试区域1内时域和频域总标准偏差。由图可知，无论是时域还是频域，测得的总标准偏差都大于IEC61000-4-21标准中规定的限值。这表明测试区域1内的电场均匀性并不能满足理想混响室关于电场均差的要求。于是将测试区域缩小至距离混响室边界λ/2，此时记为测试区域2，重新记录测试区域8个顶点在多个边界条件下的场强最大值，图5a)、图5b)给出了测试区域2内时域和频域总标注偏差。由图可知，无论是频域还是时域，相对于图4a)、图4b)都有较大幅度降低，且更接近IEC 61000-4-21标准中规定的限值。这说明脉冲激励混响室的测试区域体积要小于相同条件下的连续波激励混响室的测试区域体积。

通过图4a)、图4b)和图5a)、图5b)的验证，说明本发明基于时间门技术的评价脉冲激励混响室测试区域电场均匀性方法是有效的。

Claims (1)

1.一种评价脉冲激励混响室测试区域电场均匀性方法，其特征是：通过适量网络分析仪分别采集单个搅拌器位置下测试区域若干个顶点处S21参数，从频域出发，经逆傅里叶变换至时域，再通过时间门技术截取时间段内的时域信号进行处理，通过时间门技术截取源信号在混响室测试区域内的一段信号，计算这段时间门内的电场强度标准偏差及总标准偏差；最后，将得到的正交方向标准偏差和总标准偏差与国际电工委员会的规定值进行对比；具体实施步骤如下：

第一步，通过适量网络分析仪分别采集单个搅拌器位置下测试区域8个顶点处S21参数，记为S21₁，S21₂，S21₃......S21₈，在12个独立搅拌位置下重复该过程，得到12组数据，记为(S21₁，S21₂,S21₃......S21₈)₁(S21₁,S21₂,S21₃......S21₈)₂......(S21₁,S21₂,S21₃......S21₈)₁₂；

将测得的S21参数经逆傅里叶变换至时域，得到8个测试位置在12个独立搅拌位置下的时域波形；

第二步，提取系综峰值包络，按照时间序列，提取12组信号的系综峰值包络，得到：

E_max(i,n)＝max(S21₁,S21₂,S21₃......S21₈)_n (1)

其中，i为时间序列，n为12个独立搅拌位置，E_max表示提取包络信号；此时的S21参数已经转换至时域，表示混响室测试区域时域场强，此时用字符E来代替S21；

通过时间门技术截取采集到的信号，因此截取后的信号包络为：

E_max(t，n)＝max(E₁，E₂，E₃......E₈)_n (2)

t为选取的时间门宽度；式(2)中包含了3个正交方向上的时域信号，分别为：

E_max,x(t，n)＝max(E₁，E₂，E₃......E₈)_n，x，记为E_n，x (3)

E_max，y(t，n)＝max(E₁，E₂，E₃......E₈)_n,y，记为E_n,y (4)

E_max，z(t，n)＝max(E₁，E₂，E₃......E₈)_n,z，记为E_n，z (5)

第三步，计算标准偏差，取12个独立搅拌位置处，8个顶点时域信号平均值，得到：

三个正交方向上的标准偏差以及总的标准偏差由下式得出：

将标准偏差转换至分贝，得：

第四步，调整工作区域位置，按照第三步给出的方法，得出三个正交方向和总的标准偏差；并与IEC61000-4-21标准中给出的标准偏差限值进行对比；若得出的标准偏差大于标准规定值，则需要缩小测试区域体积，重新进行第三步的步骤，直至符合标准规定值。

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