CN111983372A - 基于有源匹配网络的测量航空用低频线束的屏蔽效能的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于有源匹配网络的测量航空用低频线束的屏蔽效能的方法，该方法包括：选取TEM小室；测量低频线束的特征阻抗；选取负载和接收机；根据特征阻抗、负载的阻抗及接收机的输入阻抗配置有源匹配网络；将低频线束的两端连接至负载和有源匹配网络的输入侧，将接收机接入有源匹配网络的输出侧，将低频线束放入TEM小室中；设置有源匹配网络的增益；对低频线束进行测试，并基于FRIIS公式和接收机接收到的信号功率，计算低频线束的屏蔽效能。根据本发明的基于有源匹配网络的测量航空用低频线束的屏蔽效能的方法，能够较为准确地定量测量低频线束的屏蔽效能，并且这一方法易于实施。

Description

基于有源匹配网络的测量航空用低频线束的屏蔽效能的方法
技术领域
本发明涉及对于线束的电磁兼容性能的测试评估，尤其涉及一种基于有源匹配网络的测量航空用低频线束的屏蔽效能的方法。
背景技术
线束的电磁兼容性能在很多应用领域或应用环境中都是线束性能的一个重要方面。例如，对于诸如连接器和导线、屏蔽套管形式的航空线束，目前对于线束的屏蔽效能大都采用定性分析，或采用注入的方法进行定量分析。然而，实际工况中的大部分干扰会通过辐射的方法感应到线束上，而注入方法属于近场注入，这和实际工况有差别。并且，注入方法对于测量环境的要求非常严格。
因此，对于线束尤其是低频线束的屏蔽效能，目前缺乏一种能够定量分析且较易实施的测量方法。
由于现代飞机制造业正在向电控自动化，通信、导航、娱乐服务等系统全电子化方向发展，机上使用线缆的种类和数量不断增加。由于大量采用复合材料替代金属材料构成机体的各个部分，因而飞机在飞行状态下所处的电磁环境日趋复杂，为保障飞行中通信和操控系统安全可靠，屏蔽空间辐射的电磁干扰越来越受到关注。因此对航空用线缆线束的电磁屏蔽性能提出了更高的要求。相应的，亟需提供一种适用于测量航空用低频线束的屏蔽效能的新的方法，以至少部分地解决现有技术存在的上述技术问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术缺乏能够针对航空用低频线束的屏蔽效能进行较为准确的定量分析并易于实施的方法的缺陷，提出一种新的基于有源匹配网络的测量航空用低频线束的屏蔽效能的方法。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：
本发明提供了一种基于有源匹配网络的测量航空用低频线束的屏蔽效能的方法，其特点在于，所述方法包括以下步骤：
根据待测的低频线束的尺寸选取TEM小室；
测量所述低频线束的特征阻抗；
选取负载和接收机；
根据所述特征阻抗、所述负载的阻抗及所述接收机的输入阻抗配置有源匹配网络，以使得所述有源匹配网络能够实现接入所述负载和所述低频线束的输入侧的阻抗匹配以及接入所述接收机的输出侧的阻抗匹配；
将所述低频线束的一端连接至所述负载，另一端接入所述有源匹配网络的输入侧，将所述接收机接入所述有源匹配网络的输出侧，以及，将所述低频线束放入所述TEM小室中；
设置所述有源匹配网络的增益；
对所述低频线束进行测试，并基于FRIIS公式和所述接收机接收到的信号功率，计算所述低频线束的屏蔽效能。
其中，TEM小室又称为横电磁波室，其主要可用于对电子设备进行射频电磁场辐射抗扰度的试验和射频电磁场的发射测量。FRIIS公式又称为弗里斯传输公式，是天线理论公式，该公式涉及传输功率、天线增益、距离、波长和接收功率。
根据本发明的一些实施方式，设置所述有源匹配网络的增益包括：根据所述低频线束的带宽和/或信号衰减程度设置所述有源匹配网络的增益。
根据本发明的一些实施方式，设置所述有源匹配网络的增益包括：根据所述接收机的示值调节所述有源匹配网络的增益。
根据本发明的一些实施方式，基于以下公式(1)设置具有串联电阻和并联电阻的所述有源匹配网络，
Figure BDA0002660953700000031
其中，ZG为所述有源匹配网络的输入阻抗，Z为所述低频线束的特征阻抗，Z0为所述负载的阻抗，Rs为所述串联电阻的阻值，Rp为所述并联电阻的阻值。
根据本发明的一些实施方式，选取的所述TEM小室的电场场强至少为10V/m。
根据本发明的一些实施方式，根据所述低频线束的长度和/或截止频率选取所述TEM小室的大小和电场场强。
根据本发明的一些实施方式，采用时域反射计测量所述特征阻抗。
根据本发明的一些实施方式，所述方法中，基于以下公式(2)计算所述低频线束的屏蔽效能，
Figure BDA0002660953700000032
其中，Gr为所述低频线束的屏蔽效能，E为所述TEM小室的电场场强，λ为所述TEM小室的电磁波波长，G为所述有源匹配网络的增益。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明的积极进步效果在于：
根据本发明的基于有源匹配网络的测量航空用低频线束的屏蔽效能的方法，通过采用有源阻抗匹配网络在TEM小室的条件下对低频线束的屏蔽效能进行测量，其能够利用阻抗匹配而使得接收机获得的信号较为可靠，从而较为准确地定量测量低频线束的屏蔽效能，并且这一方法易于实施。
附图说明
图1为根据本发明的优选实施方式的基于有源匹配网络的测量航空用低频线束的屏蔽效能的方法的流程示意图。
图2为根据本发明的优选实施方式的基于有源匹配网络的测量航空用低频线束的屏蔽效能的方法中采用的TEM小室的工作原理示意图。
图3为根据本发明的优选实施方式的基于有源匹配网络的测量航空用低频线束的屏蔽效能的方法的测量原理示意图。
图4为根据本发明的优选实施方式的基于有源匹配网络的测量航空用低频线束的屏蔽效能的方法中涉及的以有源匹配网络实现阻抗匹配的原理示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图，进一步对本发明的优选实施例进行详细描述，以下的描述为示例性的，并非对本发明的限制，任何的其他类似情形也都落入本发明的保护范围之中。
在以下的具体描述中，方向性的术语，例如“左”、“右”、“上”、“下”、“前”、“后”等，参考附图中描述的方向使用。本发明的实施例的部件可被置于多种不同的方向，方向性的术语是用于示例的目的而非限制性的。
参考图1-4尤其如图1所示，根据本发明的优选实施方式的基于有源匹配网络的测量航空用低频线束的屏蔽效能的方法，包括以下步骤：
根据待测的低频线束的尺寸选取TEM小室；
测量所述低频线束的特征阻抗，例如可采用时域反射计测量特征阻抗。；
选取负载和接收机；
根据所述特征阻抗、所述负载的阻抗及所述接收机的输入阻抗配置有源匹配网络，以使得所述有源匹配网络能够实现接入所述负载和所述低频线束的输入侧的阻抗匹配以及接入所述接收机的输出侧的阻抗匹配；
将所述低频线束的一端连接至所述负载，另一端接入所述有源匹配网络的输入侧，将所述接收机接入所述有源匹配网络的输出侧，以及，将所述低频线束放入所述TEM小室中；
设置所述有源匹配网络的增益；
对所述低频线束进行测试，并基于FRIIS公式和所述接收机接收到的信号功率，计算所述低频线束的屏蔽效能。
其中，选取的所述TEM小室的电场场强至少为10V/m，并且，可根据所述低频线束的长度和/或截止频率选取所述TEM小室的大小和电场场强，以使得TEM小室的有效空间和电场场强较适于待测的低频线束的性质。
基于上述优选实施方式，在低频条件下，低频线束(亦即待测线束)处于电小尺寸状态，辐射电磁场在线束上产生的感应电流通过有源匹配网络的阻抗匹配而得以由接收机接收相应的信号。并且，可以理解的是，在此所称的低频指的是约100kHz至10MHz的频段范围内的频率。
还应理解的是，TEM小室用来产生稳定的电磁场，其工作原理如图2所示。信号源通过功放在TEM小室内部产生稳定的垂直场强，在需进行测试时，如图2所示，待测的低频线束被放入小室中，TEM小室内的电磁场在低频线束上产生感应电流。
根据本发明的一些优选实施方式，设置所述有源匹配网络的增益包括：
根据所述低频线束的带宽和/或信号衰减程度设置所述有源匹配网络的增益；以及
根据所述接收机的示值调节所述有源匹配网络的增益。
根据本发明的一些优选实施方式，如图3-4所示，基于以下公式(1)设置具有串联电阻和并联电阻的所述有源匹配网络，
Figure BDA0002660953700000051
其中，ZG为所述有源匹配网络的输入阻抗，Z为所述低频线束的特征阻抗，Z0为所述负载的阻抗，Rs为所述串联电阻的阻值，Rp为所述并联电阻的阻值。
进一步优选地，基于以下公式(2)计算所述低频线束的屏蔽效能，
Figure BDA0002660953700000061
其中，Gr为所述低频线束的屏蔽效能，E为所述TEM小室的电场场强，λ为所述TEM小室的电磁波波长，G为所述有源匹配网络的增益。
举例来说，参考图3-4所示，在根据本发明的上述优选实施方式的一个应用实例中，待测线束的一端连接50欧姆的负载Z0，另一端接有源匹配网络，而接收机的输入阻抗为50欧姆。通过配置或调节有源匹配网络的输入、输出阻抗，使整个测试系统为50欧姆的系统。
有源匹配网络的增益为G，线束实际接收到的信号功率为Pr，TEM小室场强为E、电磁波波长为λ，待测线束的屏蔽效能为Gr，有源匹配网络输入阻抗为ZG(50欧姆)，待测线束阻抗为Z，接收机接收到的信号功率为Pm。
基于有源匹配网络的阻抗匹配，如图3所示，ZG端的电压放大倍数km可以为下式(3)所示：
Figure BDA0002660953700000062
其中，如图3所示的有源匹配网络所具有的串联电阻和并联电阻的阻值如上式(1)所示。
待测线束实际接收到的功率Pr可根据如下公式(4)基于接收机接收到的信号功率Pm和电压放大倍数km得出：
Pr＝Pm-20logkm (4)
进一步地，根据FRIIS公式和上式(4)可以得出如上所述的用于计算所述低频线束的屏蔽效能的公式(2)。
根据本发明的上述优选实施方式的基于有源匹配网络的测量航空用低频线束的屏蔽效能的方法，通过采用有源阻抗匹配网络在TEM小室的条件下对低频线束的屏蔽效能进行测量，能够较为准确地定量测量低频线束的屏蔽效能，尤其是，能够较真实地模拟实际工况中通过辐射方式而在线束上产生的干扰。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于有源匹配网络的测量航空用低频线束的屏蔽效能的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
根据待测的低频线束的尺寸选取TEM小室；
测量所述低频线束的特征阻抗；
选取负载和接收机；
根据所述特征阻抗、所述负载的阻抗及所述接收机的输入阻抗配置有源匹配网络，以使得所述有源匹配网络能够实现接入所述负载和所述低频线束的输入侧的阻抗匹配以及接入所述接收机的输出侧的阻抗匹配；
将所述低频线束的一端连接至所述负载，另一端接入所述有源匹配网络的输入侧，将所述接收机接入所述有源匹配网络的输出侧，以及，将所述低频线束放入所述TEM小室中；
设置所述有源匹配网络的增益；
对所述低频线束进行测试，并基于FRIIS公式和所述接收机接收到的信号功率，计算所述低频线束的屏蔽效能。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，设置所述有源匹配网络的增益包括：根据所述低频线束的带宽和/或信号衰减程度设置所述有源匹配网络的增益。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，设置所述有源匹配网络的增益包括：根据所述接收机的示值调节所述有源匹配网络的增益。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法中，基于以下公式(1)设置具有串联电阻和并联电阻的所述有源匹配网络，
Figure RE-FDA0002728208620000011
其中，ZG为所述有源匹配网络的输入阻抗，Z为所述低频线束的特征阻抗，Z0为所述负载的阻抗，Rs为所述串联电阻的阻值，Rp为所述并联电阻的阻值。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，选取的所述TEM小室的电场场强至少为10V/m。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述低频线束的长度和/或截止频率选取所述TEM小室的大小和电场场强。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，采用时域反射计测量所述特征阻抗。
8.如权利要求1-7中任意一项所述的方法，其特征在于，所述方法中，基于以下公式(2)计算所述低频线束的屏蔽效能，
Figure RE-FDA0002728208620000021
其中，Gr为所述低频线束的屏蔽效能，E为所述TEM小室的电场场强，λ为所述TEM小室的电磁波波长，G为所述有源匹配网络的增益。
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