文摘

介绍了一种新型的差模电流注入试验方法。平等的响应电压的电缆或天线端口测试设备(得)作为辐射等效原理和注入测试。注射和辐射响应分析模型和注入电压源外推模型建立了高强度辐射场。使用差模电流注入的条件代替辐射得到证实。在理论分析的基础上,功能和结构设计方案,提出了定向耦合装置。差模电流注入方法的实现技术(SDMCI)和双差模电流注入法(DDMCI)进行了较为详细的试验研究。选择典型的非线性响应互连系统得过。测试结果验证SDMCI和DDMCI测试方法的有效性。

1。介绍

大部分电流注入(BCI)是一种传统的EMC测试方法。从本质上讲,干扰电流注入设备的电缆代替辐射敏感性测试(1,2]。作为一种补充方法,BCI研究的核心是如何保持的等效辐射测试方法在更广泛的应用范围和更高的精度3- - - - - -6]。虽然传统BCI方法提出了近半个世纪,仍有不足,替代高强度辐射场(HIRF)影响测试。首先,应用频率范围是有限的。当测试频率变得更高,注射和监视电流变化敏感的位置电缆由于驻波,和铁氧体电流探针的性能下降严重。这些因素使测试精度和注入效率下降明显(7- - - - - -9]。大量研究表明,当测试频率高于400 MHz,目前BCI方法不能满足实际需求(10,11]。第二,BCI方法不能准确地代替HIRF辐射效应非线性系统的测试。目前,BCI方法之间的关系时有效辐射场强和电缆的设备上的感应电流是线性的。因此,注入电流代替HIRF可以推断根据线性对应关系。但大多数的设备条件下HIRF是非线性的。如果相同的测试方法适用于非线性系统,它可能会造成相当大的误差,因为不知足的推断条件。第三,BCI方法是一个共模电流注入试验方法。这意味着干扰信号注入的电流探针是一个共模信号(12- - - - - -14]。这个方法不能模拟造成的效果差模干扰信号从天线接收。BCI方法的应用范围是有限的。

总之,HIRF在大规模测试空间很难模拟条件下的实验室。与此同时,仍有许多不足的传统BCI方法进行注射敏感性测试。因此,我们的研究小组提出了一种新的宽带差模电流注入试验方法系统级EMC测试。

2。理论分析模型

注入之间的理论等效原理和辐射测试方法是平等的反应设备15- - - - - -17]。工程等效原理是相同的两种测试方法所造成的影响。如果响应电压或电缆上的感应电流端口的设备可以确保平等,等价的两个测试方法可以实现(18,19]。摘要平等响应电压的电缆端口设备选为最后两个测试方法的等效原理。

2.1。注入和辐射响应之间的等效分析模型

摘要典型互联系统由两种类型的设备和互连电缆。这是显示在图1。假设设备B是得和设备互连设备或接收天线。为了计算辐射响应电压的设备B,互联系统分为两个部分一′位置的参考平面。很′位于设备的输入端口b .左分支可以相当于一′的戴维南等效电路。这是显示在图2(一个),在那里是左边的输入阻抗的分支很′和开路电压。

根据传输线理论,输入阻抗可以计算如下: 在哪里是设备的反射系数,传输线的特性阻抗,是一′之间的输电线路长度和设备,然后呢是传播常数。

开路电压可以计算的BLT方程(20.- - - - - -22]。假设一′港口是开放的,也就是说,,开路电压输电线路引起的耦合可以计算如下: 在哪里和源参数的BLT方程。如果设备是一个接收天线,它可以被视为一个集总电压源。开路电压引起的可以计算如下:

在(2)和(3),是一个线性关系,,,辐射的电场强度(20.,21]。我们定义之间的线性传递函数和是。因此,开路电压可以简化如下:

因此,在图2(一个),辐射的反应在阻抗可以得到如下:

根据上面的辐射分析过程中,注入的情况下测试,等效电路可以很容易获得。这是显示在图2 (b),在那里注入电压源,是等效阻抗,注射反应设备b .注射反应可以得到如下:

根据等效原理的两种测试方法,也就是说,,相当于注入电压源可以得到如下:

方程(7)证实了等效注入电压之间的关系和辐射的电场强度理论上,保证注入和辐射效应测试之间的等价性。

2.2。注入电压源线性外推模型

宽带差模电流注入测试技术提出了用于替代高强度辐射影响测试。关键问题是如何获得等效注入电压源。根据上述等效思想,我们计划收购通过推断用于代替低强度辐射影响测试。一般来说,大多数的系统都是非线性系统的情况下HIRF。这意味着响应系统端口上的电压不会与辐射场保持线性关系。因此,对于非线性系统,如何推断注入电压源是至关重要的问题。

正如我们所知,电磁辐射影响设备主要包括干扰,退化,失败,和损害。理论分析和实验研究的基础上,对典型的非线性系统,电磁辐射能量的行动过程可分为两个子流程。一个是场线耦合过程,另一种是电路响应模块和设备的过程。辐射反应过程如图3。

根据电磁场理论,场线耦合是一个线性的过程,和的电路响应模块和设备是一个非线性的过程。如果注入源的激励效果和集中辐射源可以保证平等在模块的输入端口和设备,注射的非线性电路响应实验将辐射实验一样。HIRF的情况下,为了保证注射效果激动兴奋的来源是相同的集总辐射来源,根据(5)和(6),必须满足两个条件。一个是相同的开路电压。其他部门在辐射率是相同的电压和注入测试。

的原因,是线性的过程中获得的等效集总电压源的场线耦合或天线接收,注入电压源应用于代替HIRF辐射测试可以通过线性外推获得。的用于代替低强度辐射场的影响测试;。所以没有问题,以满足第一个条件。对于第二个条件,为了保证相同电压分裂率条件下的不同的激励强度,要求注入电压源的输出阻抗等于集中辐射电压源;也就是说,。可以满足上述两个条件时,等价之间的差模电流注入试验和HIRF辐射效应试验将绝对保证。

3所示。设计支持设备

定向耦合装置(以便)是支持宽带差模电流注入试验设备。典型的接线方式如图4。在正常工作状态的前提下相互联系的系统,差模电流注入试验设备B可以通过注射端口进行论证。

为了满足需求的差模电流注入试验代替辐射测试,DCD计划应该包含以下港口。首先,DCD计划应该包含直通端口用于互连设备之间的信号传输的工作。它要求插入损耗小于0.5分贝。第二,设备应该包含注射口用于注入差模干扰信号的设备。它要求注射口的频带是充分的和注入信号耦合到设备B是免于扭曲。第三,设备应该包含监控端口用于监控正向电压信号传输线的互联系统。它还要求频带是充分的,和监控信号免于扭曲。

以便根据上述功能需求,基于定向耦合器的设计方案理论证实。以便可以由两个定向耦合器。这是显示在图5。从端口1到端口2的论证是直通通道。它是用来传输信号之间的设备和设备工作b端口4是注射端口。它用于注入差模干扰信号设备b端口5是监控端口。它是用来监控正向电压信号传输线的互联系统。端口3和6号端口隔离端口。他们将与匹配负载以便决定时使用。

上面的六端口以便可以被看作是无损和交换网络。散射矩阵以便满足对称性的特点和统一性;也就是说,和。根据论证的技术需求,插入损耗之间的端口1和端口2不大于0.5 dB。因此,参数和满足的方程如下:

端口4是注射端口。它用于注入差模干扰信号设备b,它需要更高的注入效率,因此,耦合系数应该尽可能小。然而,耦合系数太小不能满足端口1和端口2之间插入损耗的要求;也就是说,。考虑到所有这些,端口3和端口4的耦合系数是选为10 dB。

根据传统的对称定向耦合器的传输特性,相移之间的耦合通道信号和主要通道信号是90°。如果脉冲信号传输的主要通道,连接端口的输出信号波形会改变明显(23]。因此,采用反对称性定向耦合器的设计方案。它使之间的相移向前耦合信号和主要通道信号为0°和之间的相移向后耦合信号和主要通道信号是180°。假设端口4是远期耦合端口的主要通道从端口2端口1和端口5是远期耦合端口的主要通道从端口1到端口2。两个箭头的方向图5显示两个反对称性的前进方向定向耦合器。假设参数是一个正实数,参数是一个负的实数。如果端口3和端口4的耦合系数是10 dB,可以派生

根据散射矩阵的统一性,考虑到插入损失的要求,它可以推导出如下:

之间的相移向前耦合信号和主要通道信号0°,考虑端口3的能量耦合作用参数可以得到如下: 在哪里是港口的耦合系数5和6号端口。考虑到制造技术和方便应用,港口5和6号端口的耦合系数是证实是20分贝。

从上面的分析过程中,散射矩阵的六个港口以便可以计算如下:

4所示。实现技术的SDMCI

由于定向注射以便决定的特点,单一的差模电流注入(SDMCI)方法是用来进行注入测试只有一端设备互联系统。典型的应用程序执行差模电流注入测试天线接收系统。的测试配置SDMCI图所示6。它可以模拟干扰信号造成的影响从天线接收天线接收系统时,在正常的工作状态。

4.1。等效条件分析论证时插入到互联系统

正向电压信号提取、干扰信号注入,和正常传输信号监测与支持DCD计划的实现。然而,是否满足上述等效条件是至关重要的问题,它是分析如下。

以便可以相当于六端口网络黑盒。等效电路模型如图7,在那里,,,是在不同的港口以便决定的参考面,和匹配的负载,示波器的输入阻抗,的开路电压注入电压源,然后呢的内部阻抗注入电压源。

至于辐射测试,左参考平面的一部分可以相当于源波和反射系数。它也可以相当于开路电压和源阻抗。同样,对于差模电流注入试验,参考平面的顶部可以相当于源波和反射系数。它也可以相当于开路电压和源阻抗。因此,辐射和注入测试的等效电路模型如图8。可以看出,无源网络模型是相同的辐射和注入测试。所不同的是,等效源位于不同的港口以便决定的。

等效源的基础上波浪理论在微波工程24),辐射和注入条件下的测试,等效源波之间的关系和等效电压源如下:

为了分析设备的反应B,左参考平面的一部分需要进一步简化。在辐射测试中,左边的一部分相当于源波和反射系数。在注入测试中,左边的一部分相当于源波和反射系数。这是显示在图9。

根据等效源波定理(24),,,,可以得到如下:

矩阵的定义,在那里是一个对角矩阵。的元素是负载反射系数在不同的港口以便决定的。在(15)(17),是一个行列式,列矩阵的改变列矩阵的。也是一个行列式,列和行矩阵的删除。我们可以看到从(17),以便插入到互联系统时,反射系数等于。这意味着等效激励源的输出阻抗是相同的辐射和注入条件下的测试。因此,第二个等价条件(例如,)以上讨论可以满足。

根据等效电路模型如图9,辐射的反应和注射反应设备B可以推导如下:

根据等效原理的两种测试方法(例如,从(),13)(18),相当于注入电压源之间的对应关系电压源和集总辐射可以得到如下:

如果设备是一个天线或发射机,反射系数通常保持不变。此外,参数的论证是恒定的。根据(19)之间的关系和是线性的。

从上面的分析过程,以便插入到互联系统,不变条件下的反射系数,注入电压之间的关系和辐射场强总是线性的。因此,注入电压源线性外推法得到的辐射和满足第一个等价条件差模电流注入试验。

4.2。可行性分析在使用监控端口响应电压等效原理的论证

辐射的等效原理和注入测试本文是平等的响应电压的输入端口设备b。然而,对我们来说是非常困难的直接监测工程的输入端口响应电压。为了使SDMCI方法适用于实际工程测试,其他传输信号可以很容易地监控应该选为等效原理。的引入,以便解决问题。

港口5以便用于监测输电线路上的正向电压。摘要平等响应电压在端口5被定义为SDMCI的等效原理和辐射测试。本文的正确性证明使用该端口5响应电压等效原理。根据等效电路模型如图8,至于参考平面,辐射等效源波和注射等效源波传输的方向阻抗可以得到如下:

假设4端口和端口5的耦合系数和分别和单位dB

辐射和注入条件下的测试,电压的响应和在监控端口5可以推导如下:

假设;然后之间的关系和可以由(22)如下:

可以看出,(23)= (19)。这意味着辐射响应等于注入反应。因此,上述理论推导过程的正确性验证使用的端口5响应电压等效原理。

4.3。测试程序的SDMCI

步骤1。进行低强度辐射为互联系统进行预测。选为辐射场强可以保证设备的反应B是在线性区域。输出响应在监控端口5以便记录。

步骤2。获得相对应的等效注入电压和辐射电场强度之间的关系。差模电流注入测试是通过注射口4 DCD计划的进行。输出响应在监控端口5是同时测量。当,注入电压是记录。相当于注入电压和辐射场强的关系可以被描述为。

步骤3。完成SDMCI测试互连系统。如果最终的高强度辐射场考试,那么相当于注入电压方程可以计算的。因此,SDMCI测试可以进行最后的等效注入电压通过注射端口4以便决定的。

5。实现技术的DDMCI

为了执行差模电流注入试验对两种类型的设备互连电缆同时,双差模电流注入试验(DDMCI)方法提出。的测试配置DDMCI图所示10。

两个定向耦合设备分别连接设备和设备B。等效电路模型如图11,在那里是左边的注入电压源和DCD计划吗的注入电压源是正确的论证。正常情况下,设备和设备B的阻抗不匹配。的反应设备和设备B的联合作用的结果和。

为了确保注入响应等于辐射响应的设备和设备B,两个注入电压源_SLI和必须满足一定的振幅和相位关系。的详细测试程序DDMCI方法总结如下。

步骤1。进行低强度辐射对互联系统进行预测。选为辐射的电场强度可以确保的反应设备和设备B是在线性区域。振幅和相位的左派和右派监控端口以便记录,,,。

步骤2。获得相对应的等效注入电压和辐射电场强度之间的关系。首先,互联系统进行注入测试通过端口4 l左注入电压源。振幅和相位在监控端口测量5 l。当和,左边注入电压源的振幅和相位保持不变。第二,互联系统进行注入测试通过与正确的端口4 r注入电压源。振幅和相位在监控端口测量5 r。当和,正确的注入电压源的振幅和相位保持不变。第三,重复第一个和第二个步骤,直到条件,,,同时感到满意。第四,振幅和和的阶段和最后的两个注入电压源被记录。等效注入电压之间的对应关系和辐射电场强度可以通过计算和。

步骤3。完成DDMCI互联系统的测试。如果最终的高强度辐射场考试,然后左右等效注入电压源可以被计算和。两者之间的相位差注入电压源满足。最后,DDMCI测试可以通过注射进行端口4 l和r的论证,它等于辐射测试。

6。实验验证

6.1。之间的线性关系验证等效注入电压和辐射场强度

测试下的互联系统是一个典型的非线性响应系统。它由接收天线的同轴电缆,射频前端组件。射频前端组件包括剪切滤波器、衰减器、低噪声放大器(LNA),灵敏度控制器,定向耦合器,限幅放大器。他们是集成在一个容器中。假设设备一个接收天线₁和射频前端的容器组件设备B₁。因为剪切滤波器的非线性响应特性,LNA、等等,上述非线性响应互联系统适用于执行验证测试。

单频连续波辐射试验和差模电流注入试验分别进行了互联系统。辐射和注入配置图如图所示12和13。设备的输出响应₁由频谱分析仪监控。辐射电场强度之间的关系曲线,注入电压和输出响应的设备B₁分别记录。

B等于输出响应的设备₁对于辐射和注入测试被认为是等效原理。根据数据处理结果,相当于注入电压之间的关系曲线,B的输出响应设备₁,辐射电场强度如图14。

可以看出图形式14辐射电场强度之间的关系和B的输出响应设备₁是非线性的。相比之下,辐射电场强度之间的关系和等效注入电压是线性的。此外,少量的数据点的饱和区域并不严格符合线性关系。我们相信它是由实验误差引起的。原因是设备的输出响应₁不是敏感辐射场强或注入电压时,设备B₁在饱和区工作。这意味着两个不同的输入信号可以产生几乎相同的输出响应。总之,即使对于非线性响应系统等效注入电压之间的对应关系和辐射电场强度在不同频率点仍然是线性的。

6.2。SDMCI测试方法的有效性验证

测试下的互联系统也是上述非线性反应系统。有效性验证SDMCI可以进行如下。首先,传统的辐射是互联系统进行测试。设备的辐射响应曲线B₁从线性区域饱和区域。其次,根据上述SDMCI测试方法,注射设备的响应曲线B₁从线性区域饱和区域也可以弃权。第三,通过计算和分析的输出响应错误两个测试方法,SDMCI方法可以验证的有效性。

设备的响应曲线B₁条件下的辐射和SDMCI测试在3.3 GHz的频率点,4.0 GHz和5.6 GHz图所示15。可以看出,输出响应曲线得到SDMCI测试几乎是一模一样,通过辐射测试。为了分析SDMCI的误差测试方法,测试数据图15处理。输出响应相对误差SDMCI测试方法如表所示1。从表可以看出1,相对误差很小,最大的一个是2.39%。错误来自射频前端组件的性能波动,活跃的噪音设备,仪器的读数误差,等等。没有SDMCI测试方法的系统误差。

6.3。DDMCI测试方法的有效性验证

两个星载射频前端低噪声放大器模块和设备选择₂和设备B₂这是由同轴电缆连接。重要的是要注意,这种互联系统中不存在工程。设计了互联系统只有在极端条件下实验验证。

辐射测试配置如图16。测试下的同轴电缆放置在屏蔽室。它连接端口1的DCD计划通过接口板。端口2的论证与被测设备连接。设备的输出端口与频谱分析仪(SA)用于监控设备的输出响应。屏蔽室外的矢量网络分析仪(VNA)发射机和接收机。端口1的VNA用作信号发生器。它是与辐射天线通过功率放大器在屏蔽室。同轴电缆的辐射天线放置在测试下。端口2的VNA用作接收器。 It is connected with the monitoring port of the DCD. The amplitude and phase difference of the two monitoring ports of the DCDs can be obtained by testing the parameter。

DDMCI测试配置如图17。端口1 VNA用作注入信号的来源。为了执行差模电流注入试验设备的两种相互联系的同时,注入信号分为两个电路的功率分配器。他们与注射端口4 l和r的分别论证。为了确保这两个电路有不同的振幅和相位,连续可调衰减器和360°/ GHz移相器插入一个电路。端口2的VNA也被用作接收器。它是用来测量响应监控端口5 l和5 r的民国DDMCI条件下的测试。其他的测试配置是一样的在上面的辐射测试。

根据数据的测试配置16和17和上面的测试程序,在工作频段的低噪声放大器模块,三个1.510 GHz频率点,1.605 GHz, 1.75 GHz选择进行辐射和DDMCI测试。辐射和DDMCI响应曲线如图18和19。

从数据可以看出18和19,输出响应曲线的设备₂和设备B₂DDMCI测试获得的几乎是一模一样,通过辐射测试。为了分析DDMCI测试方法的误差,数据的测试数据18和19处理。输出响应相对误差DDMCI测试方法如表所示2。从表可以看出2最大的输出响应相对误差仅为3.39%。测试结果表明,DDMCI测试方法可以有效地模拟HIRF非线性互联系统效应试验。

7所示。结论

理论、模型、方法和实现技术的宽带差模电流注入试验技术系统地研究了。注射和辐射响应分析模型和注入电压源在HIRF外推模型建立。使用注射的条件代替辐射得到证实。等效注入电压源可以通过线性外推法。功能和结构设计方案,提出了定向耦合装置(论证)。正向电压提取,干扰信号注入,和正常传输信号互连系统的监测是民国的支持下实现的。在上述研究的基础上,SDMCI测试方法和DDMCI测试方法的基础上,论证进行了总结。典型的非线性响应系统选为得。测试结果表明,最大的输出响应相对误差小于5%。他们验证的有效性SDMCI DDMCI测试方法。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

这项工作是由中国国家自然科学基金支持下拨款61372040和手臂预研项目拨款51333040101。