CN112067903B - 一种电磁干扰信号采集系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电磁干扰信号采集系统，涉及电磁干扰检测领域，能够解决系统自身辐射信号的抑制问题，优化时频域检测设备，简化设备连接，为现场快速电磁干扰信号采集提供手段。包括主控单元、屏蔽机壳、频域采集单元、时域采集单元、第一平面天线模块、第二平面天线模块、第一天线罩模块、第二天线罩模块、接口模块、外置天线模块、外置传导测试模块。本发明通过平面天线模块和屏蔽机壳的三明治结构既避免了自身无线辐射信号对测试的影响，又避免了屏蔽结构对全空间测试的影响。系统配置内置天线，时、频域采集单元，实现了快速测试和时频域混合测试，为提供电磁干扰信号采集提供了便捷手段。

Description

一种电磁干扰信号采集系统
技术领域
本发明涉及电磁干扰检测领域，特别是涉及一种电磁干扰信号采集系统。
背景技术
当电子系统、设备发生电磁兼容故障时，需要进行电磁干扰检测，查找干扰信号来源，针对性的采取干扰源抑制、敏感设备抑制措施，进而消除电磁电磁兼容故障。电磁干扰信号采集系统通常用于采集无线辐射干扰信号或有线传导干扰信号，获取信号的时域、频域信息，为电磁干扰源分析提供数据。
传统电磁干扰检测系统中电磁探头、天线、接收设备通常贴近被测物布置，以便缩短射频连接电缆长度，进而降低信号衰减，但贴近被测物后接收设备自身的辐射信号通常会对测试结果产生影响。
此外，现有系统主要通过频谱仪实现频域检测，通过示波器实现时域检测，需要多台设备才能完成时频域测试，现场操作不方便。其次，天线与接收设备通常分立布置，增加了连接线缆和人员操作，无法满足现场快速测试需求。
因此，目前缺少一种能够综合完成时频域测试的空间电磁干扰信号采集系统。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种电磁干扰信号采集系统，能够解决系统自身辐射信号的抑制问题，优化时频域检测设备，简化设备连接，为现场快速电磁干扰信号采集提供手段。
为达到上述目的，本发明的技术方案包括：主控单元、屏蔽机壳、频域采集单元、时域采集单元、第一平面天线模块、第二平面天线模块、第一天线罩模块、第二天线罩模块、接口模块、外置天线模块以及外置传导测试模块；
所述屏蔽机壳为铝材制作的壳体；所述屏蔽机壳内部安装频域采集单元、时域采集单元以及接口模块；所述频域采集单元采用双通道60MHz-6GHz频谱采集器；所述时域采集单元采用双通道200MHz示波器模块；第一天线罩模块和第二天线罩模块分别罩在所述屏蔽机壳左右两侧，形成左、右平面天线空间，第一平面天线模块和第二平面天线模块分别置于左、右平面天线空间内。
所述第一平面天线模块主瓣朝向所述第一天线罩模块，背瓣朝向所述屏蔽机壳；所述第二平面天线模块主瓣朝向所述第二天线罩模块，背瓣朝向屏蔽机壳。
所述主控单元通过以太网与频域采集单元、时域采集单元、接口模块连接，通过主控单元的主控软件程控频域采集单元和时域采集单元，读取存储其采集的数据，并形成数据报告，控制接口模块切换通道。
所述频域采集单元的第一通道通过射频电缆与所述第一平面天线模块直接连接；所述频域采集单元的第二通道通过射频电缆连接所述接口模块，所述接口模块另一端选通与所述第二平面天线模块或所述外置天线模块连接；所述频域采集单元采集系统所处位置的空间无线电磁干扰信号，输出所述干扰信号的频域信息。
时域采集单元的第一通道与外置传导测试模块连接，时域采集单元的第二通道与外置天线模块连接；所述时域采集单元输出干扰信号的时域信息，并通过傅里叶变换输出干扰信号的频域信息。
所述主控单元接收所述干扰信号的频域信息。
进一步地，接口模块分别与所述频域采集单元、第二平面天线模块以及外置天线模块连接，所述接口模块内设电子射频开关，用于实现所述频域采集单元对来自第二平面天线模块和外置天线模块信号的选通输入。
进一步地，外置天线模块包括10kHz-30MHz棒状天线、30MHz-200MHz双锥天线、200MHz-1GHz对数周期天线以及1GHz-18GHz双脊喇叭天线；所述外置天线模块为所述频域采集单元提供200MHz-6GHz无线电磁干扰信号输入，所述外置天线模块为所述时域采集单元提供10kHz-200MHz无线电磁干扰信号输入。
进一步地，外置传导测试模块包括DC-100MHz电压探头和25Hz-100MHz电流卡钳；所述外置传导测试模块为时域采集单元提供有线传导干扰信号输入。
进一步地，第一平面天线模块和第二平面天线模块尺寸一致，均为200MHz-5GHz半空间阿基米德平面螺旋天线。
所述第一天线罩模块和第二天线罩模块尺寸一致，由亚克力板制成。
所述接口模块采用电子射频开关。
进一步地，当频域采集单元的第一通道连接第一平面天线模块且频域采集单元的第二通道通过接口模块选通与第二平面天线模块时，实现200MHz-5GHz第一平面天线模块和第二平面天线模块接收空间的无线电磁干扰信号采集，通过双通道独立接收以实现两个测试空间的对比测试，对同一时刻同一频段两个测试空间的无线电磁干扰信号的幅度进行比较。
当频域采集单元第二通道通过接口模块选通与外置天线模块中的200MHz-1GHz对数周期天线或1GHz-18GHz双脊喇叭天线连接时，实现200MHz-6GHz指定空间测试。
进一步地，当时域采集单元的第一通道与外置传导测试模块连接时，通过DC-100MHz电压探头获取被测线缆DC-100MHz干扰电压信号，通过25Hz-100MHz电流卡钳获取被测线缆25Hz-100MHz干扰电流信号。
当时域采集单元的第二通道与外置天线模块连接时，通过10kHz-30MHz棒状天线获取10kHz-30MHz无线电磁干扰信号，通过30MHz-200MHz双锥天线获取30MHz-200MHz无线电磁干扰信号。
有益效果：
1、本发明提供的电磁干扰信号采集系统，通过第一平面天线模块和第二天线模块以及屏蔽壳体包裹时域和频域模块构成三明治结构，既屏蔽了时域、频域测试模块自身辐射产生的干扰信号对测试空间的影响，又避免了屏蔽结构对天线接收的影响，实现了全向空间的测试覆盖。
2、本发明提供的电磁干扰信号采集系统，通过时、频域模块集成配置和独立工作，实现了一套设备同时具备时、频域测试测试能力，较之前的单一时域或频域系统功能丰富，较传统多台设备实现时频域测试操作简单。
3、本发明提供的电磁干扰信号采集系统，通过系统内置天线，设备通电后即可进行无线干扰信号测试，避免了天线架设和线缆连接等繁琐操作，为快速无线测试提供了手段。
4、本发明提供的电磁干扰信号采集系统，通过独立双通道和外置模块实现辐射和传导并行测试，满足了用户传导干扰和辐射干扰同时测试需求。
附图说明
图1为本发明系统的组成示意图，图中标号指代模块对应关系如下；S101.主控单元；S102.屏蔽机壳；S103.频域采集单元；S104.时域采集单元；S105-1.第一平面天线模块；S105-2.第二平面天线模块；S106-1.第一天线罩模块；S106-2.第二天线罩模块；S107.接口模块；S108.外置天线模块；S109.外置传导测试模块；
图2为本发明系统使用频域采集单元及内置第一平面天线模块和第二平面天线模块进行快速无线测试时的构型示意图。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
如图1所示，本发明提供了一种电磁干扰信号采集系统，包括主控单元S101、屏蔽机壳S102、频域采集单元S103、时域采集单元S104、第一平面天线模块S105-1、第二平面天线模块S105-1、第一天线罩模块S106-1、第二天线罩模块S106-2、接口模块S107、外置天线模块S108、外置传导测试模块S109。
本实例中频域采集单元S103采用双通道60MHz-6GHz频谱采集器，时域采集单元S104采用双通道200MHz示波器模块，屏蔽机壳S102采用铝材制作，第一平面天线模块S105-1和第二平面天线模块S105-1尺寸一致，均为200MHz-5GHz半空间阿基米德平面螺旋天线，第一天线罩模块S106-1和第二天线罩模块S106-2尺寸一致，由亚克力板制成。接口模块S107采用电子射频开关实现形式，外置天线模块S108包括1个10kHz-30MHz棒状天线，1个30MHz-200MHz双锥天线组成，以及1个200MHz-1GHz对数周期天线，1个1GHz-18GHz双脊喇叭天线。外置传导测试模块(S109包括1个DC-100MHz电压探头和1个25Hz-100MHz电流卡钳。
主控单元S101通过以太网与频域采集单元S103、时域采集单元S104、接口模块S107连接，通过主控单元的主控软件程控频域采集单元S103和和时域采集单元S104，读取存储其采集的数据，并形成数据报告，控制接口模块S107切换通道。
频域采集单元S103第一通道通过射频电缆形式与第一平面天线模块S105-1直接连接、第二通道通过射频电缆形式与接口模块连接，在通过接口模块选通与第二平面天线模块S105-2或外置天线模块S108连接。采集电磁干扰信号采集系统放置位置处的空间无线电磁干扰信号，输出干扰信号的频谱信息。
当频域采集单元S103第一通道连接第一平面天线模块S105-1，第二通道通过接口模块选通与第二平面天线模块S105-2时，实现200MHz-5GHz第一平面天线模块S105-1和第二平面天线模块S105-2接收空间的无线辐射干扰信号采集，通过双通道独立接收以实现两个测试空间的对比测试，对同一时刻同一频段两个空间干扰信号的幅度进行比较。频域采集单元S103与第一平面天线模块S105-1和第二平面天线模块S105-2之间的连接均为系统内部连接，以减少用户使用时的线缆连接工作，实现200MHz-5GHz快速无线测试，快速无线测试时的系统构型示意图如图2所示。
当频域采集单元S103第二通道通过接口模块选通与外置天线模块S108中的200MHz-1GHz对数周期天线或1GHz-18GHz双脊喇叭天线连接时，借助外置天线的可移动和天线波束集中特性，实现200MHz-6GHz指定空间测试。
时域采集单元S104第一通道与外置传导测试模块S109连接，时域采集单元S104第二通道与外置天线模块S108连接，时域采集单元输出干扰信号的时域信息，并通过傅里叶变换输出干扰信号的频域信息。
当时域采集单元S104第一通道与外置传导测试模块S109连接时，通过DC-100MHz电压探头获取被测线缆DC-100MHz干扰电压信号，通过25Hz-100MHz电流卡钳获取被测线缆25Hz-100MHz干扰电流信号。
当时域采集单元S104第二通道与外置天线模块S108连接时，通过10kHz-30MHz棒状天线获取10kHz-30MHz无线辐射干扰信号，通过30MHz-200MHz双锥天线获取30MHz-200MHz无线辐射干扰信号。
频域采集单元S103、时域采集单元S104、接口模块S107安装在屏蔽机壳S102内部，1号平面天线S105-1、2号平面天线S105-1、1号天线罩S106-1、2号天线罩S106-2的安装在屏蔽机壳S102外部。屏蔽机壳S102将频域采集单元S103、时域采集单元S104的电磁辐射信号屏蔽在屏蔽机壳S102内，避免对无线干扰信号测试结果产生影响。
第一平面天线模块S105-1主瓣朝向第一天线罩模块S106-1，第一平面天线模块S105-1背瓣朝向屏蔽机壳S102。第二平面天线模块S105-2主瓣朝向第二天线罩模块S106-2，第二平面天线模块S105-2背瓣朝向屏蔽机壳S102。第一平面天线模块S105-1和第二平面天线模块S105-2中间为屏蔽机壳S102，屏蔽机壳S102内部安装频域采集单元S103和时域采集单元S104，形成三明治结构，第一平面天线模块S105-1与第二平面天线模块S105-2组阵形成全空间覆盖。
接口模块S107与频域采集单元S103、第二平面天线模块S105-2、外置天线模块S108连接，通过接口模块内部电子射频开关实现频域采集单元S103对来自第二平面天线模块S105-2和外置天线模块S108信号的选通输入。
外置天线模块S108利用10kHz-30MHz棒状天线、30MHz-200MHz双锥天线、200MHz-1GHz对数周期天线、1GHz-18GHz双脊喇叭天线组合为频域采集单元S103提供200MHz-6GHz无线辐射干扰信号输入，为时域采集单元S104提供10kHz-200MHz无线辐射干扰信号输入。
外置传导测试模块S109利用DC-100MHz电压探头和25Hz-100MHz电流卡钳为时域采集单元S104提供有线传导干扰信号输入。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种电磁干扰信号采集系统，其特征在于，包括：主控单元(S101)、屏蔽机壳(S102)、频域采集单元(S103)、时域采集单元(S104)、第一平面天线模块(S105-1)、第二平面天线模块(S105-2)、第一天线罩模块(S106-1)、第二天线罩模块(S106-2)、接口模块(S107)、外置天线模块(S108)以及外置传导测试模块(S109)；
所述屏蔽机壳(S102)为铝材制作的壳体；所述屏蔽机壳(S102)内部安装频域采集单元(S103)、时域采集单元(S104)以及接口模块(S107)；所述频域采集单元(S103)采用双通道60MHz-6GHz频谱采集器；所述时域采集单元(S104)采用双通道200MHz示波器模块；第一天线罩模块(S106-1)和第二天线罩模块(S106-2)分别罩在所述屏蔽机壳(S102)左右两侧，形成左、右平面天线空间，第一平面天线模块(S105-1)和第二平面天线模块(S105-2)分别置于左、右平面天线空间内；
所述第一平面天线模块(S105-1)主瓣朝向所述第一天线罩模块(S106-1)，背瓣朝向所述屏蔽机壳(S102)；所述第二平面天线模块(S105-2)主瓣朝向所述第二天线罩模块(S106-2)，背瓣朝向屏蔽机壳(S102)；
所述主控单元(S101)通过以太网与频域采集单元(S103)、时域采集单元(S104)、接口模块(S107)连接，通过主控单元的主控软件程控频域采集单元(S103)和时域采集单元(S104)，读取存储其采集的数据，并形成数据报告，控制接口模块(S107)切换通道；
所述频域采集单元(S103)的第一通道通过射频电缆与所述第一平面天线模块(S105-1)直接连接；所述频域采集单元(S103)的第二通道通过射频电缆连接所述接口模块(S107)，所述接口模块(S107)另一端选通与所述第二平面天线模块(S105-2)或所述外置天线模块(S108)连接；所述频域采集单元(S103)采集系统所处位置的空间无线电磁干扰信号，输出所述干扰信号的频域信息；
时域采集单元(S104)的第一通道与外置传导测试模块(S109)连接，时域采集单元(S104)的第二通道与外置天线模块(S108)连接；所述时域采集单元输出干扰信号的时域信息，并通过傅里叶变换输出干扰信号的频域信息；
所述主控单元(S101)接收所述干扰信号的频域信息；
所述接口模块(S107)分别与所述频域采集单元(S103)、第二平面天线模块(S105-2)以及外置天线模块(S108)连接，所述接口模块(S107)内设电子射频开关，用于实现所述频域采集单元(S103)对来自第二平面天线模块(S105-2)和外置天线模块(S108)信号的选通输入；
所述外置传导测试模块(S109)包括DC-100MHz电压探头和25Hz-100MHz电流卡钳；所述外置传导测试模块(S109)为时域采集单元(S104)提供有线传导干扰信号输入；
所述第一平面天线模块(S105-1)和第二平面天线模块(S105-2)尺寸一致，均为200MHz-5GHz半空间阿基米德平面螺旋天线；
所述第一天线罩模块(S106-1)和第二天线罩模块(S106-2)尺寸一致，由亚克力板制成；
所述接口模块(S107)采用电子射频开关。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述外置天线模块(S108)包括10kHz-30MHz棒状天线、30MHz-200MHz双锥天线、200MHz-1GHz对数周期天线以及1GHz-18GHz双脊喇叭天线；所述外置天线模块(S108)为所述频域采集单元(S103)提供200MHz-6GHz无线电磁干扰信号输入，所述外置天线模块(S108)为所述时域采集单元(S104)提供10kHz-200MHz无线电磁干扰信号输入。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，当频域采集单元(S103)的第一通道连接第一平面天线模块(S105-1)且频域采集单元(S103)的第二通道通过接口模块(S107)选通与第二平面天线模块(S105-2)时，实现200MHz-5GHz第一平面天线模块(S105-1)和第二平面天线模块(S105-2)接收空间的无线电磁干扰信号采集，通过双通道独立接收以实现两个测试空间的对比测试，对同一时刻同一频段两个测试空间的无线电磁干扰信号的幅度进行比较；
当频域采集单元(S103)第二通道通过接口模块选通与外置天线模块(S108)中的200MHz-1GHz对数周期天线或1GHz-18GHz双脊喇叭天线连接时，实现200MHz-6GHz指定空间测试。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，当时域采集单元(S104)的第一通道与外置传导测试模块(S109)连接时，通过DC-100MHz电压探头获取被测线缆DC-100MHz干扰电压信号，通过25Hz-100MHz电流卡钳获取被测线缆25Hz-100MHz干扰电流信号；
当时域采集单元(S104)的第二通道与外置天线模块(S108)连接时，通过10kHz-30MHz棒状天线获取10kHz-30MHz无线电磁干扰信号，通过30MHz-200MHz双锥天线获取30MHz-200MHz无线电磁干扰信号。
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