專利名稱：一種電壓驅(qū)動型輻射源電磁輻射分析測量方法
技術領域：
本發(fā)明涉及的是對高速PCB電路測定電路參數(shù)分析和預估電路近場輻射特性的方法，尤其說的是一種基于電壓驅(qū)動型電路參數(shù)電流分段校準的高速PCB電路電磁輻射特性分析與預估方法，為輻射性電磁干擾(EMI)噪聲的機理判斷以及抑制提供前提，屬于電磁兼容技術領域。
背景技術：
現(xiàn)代電氣與電子產(chǎn)品正向微型化、智能化方向發(fā)展，系統(tǒng)的設計也越來越復雜，加上設備中開關器件產(chǎn)生的寄生參數(shù)，致使設備遭受輻射干擾愈加嚴重，而且對系統(tǒng)抗電磁干擾能力的要求越來越高。因而，為了節(jié)省產(chǎn)品開發(fā)時間，節(jié)約開發(fā)費用，對電氣與電子產(chǎn)品電路電磁輻射特性(電磁兼容)研究是必不可少的。
電磁兼容性測試EMC (Electro Magnetic Compatibility),是指設備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中符合要求運行并不對其環(huán)境中的任何設備產(chǎn)生無法忍受的電磁干擾的能力。 EMC設計與EMC測試是相輔相成的。EMC設計的好壞是要通過EMC測試來衡量的。只有在產(chǎn)品的EMC設計和研制的全過程中，進行EMC的相容性預測和評估，才能及早發(fā)現(xiàn)可能存在的電磁干擾，并采取必要的抑制和防護措施，從而確保系統(tǒng)的電磁兼容性。否則，當產(chǎn)品定型或系統(tǒng)建成后再發(fā)現(xiàn)不兼容的問題，則需在人力、物力上花很大的代價去修改設計或采用補救的措施。往往難以徹底的解決問題，而給系統(tǒng)的使用帶來許多麻煩。
在測試儀器方面，以頻譜分析儀為核心的自動檢測系統(tǒng)，可以快捷、準確地提供 EMC有關參數(shù)。新型的EMC掃描儀與頻譜儀相結合，實現(xiàn)了電磁輻射的可視化。可對系統(tǒng)的單個元器件，PCB板、整機與電纜等進行全方位的三維測試，顯示真實的電磁輻射狀況。
EMC測試必須依據(jù)EMC標準和規(guī)范給出的測試方法進行，并以標準規(guī)定的極限值作為判據(jù)。對于預兼容測試，盡管不能保證產(chǎn)品通過所有項目的標準測試，但至少可以消除絕大部分的電磁干擾，從而提高產(chǎn)品的可靠性。而且能夠指出你如何改進設計、抑制EMI發(fā)射。電磁兼容測試標準主要有民品GB17626系列；軍品GJB151A/GJB152A。民品測試項目有電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗、浪涌(沖擊)抗擾度試驗、電壓暫降、短時中斷和電壓變化的抗擾度試驗、靜電放電抗擾度試驗、射頻電磁場輻射抗擾度試驗、傳導發(fā)射試驗和輻射發(fā)射試驗。軍品測試有CE101、CE102、CS106、CS114、CS116、RE102等。測試內(nèi)容包括電磁干擾和電磁敏感度兩部分，電磁干擾測試是測量被測設備在正常工作狀態(tài)下產(chǎn)生并向外發(fā)射的電磁波信號的大小來反應其對周圍電子設備干擾的強弱。電磁敏感度測試是用來衡量被測設備對電磁騷擾的抗干擾能力的強弱。
EMC測試包括測試方法、測試儀器和試驗場所。目前，國內(nèi)外常用的試驗場地有 開闊場、半電波暗室、屏蔽室、混響室及橫電磁波小室等。作為EMC測試的實驗室包括有進行傳導干擾、傳導抗擾度及靜電放電抗擾度測試的屏蔽室，有進行輻射抗擾度測試的消聲屏蔽室，有用來進行輻射發(fā)射測試的開闊場地和配備齊全的測試與控制儀器設備等。目前 EMC測試中關于輻射干擾目標重構及其機理描述方面的研究大多基于電波暗室等標準電磁環(huán)境，雖然能夠迅速獲知輻射場強的大小并可據(jù)此判斷其是否滿足電磁兼容標準，但當檢測結果不通過時，就需要進行輻射目標的快速重構及其干擾機理的快速描述，以便完成對高頻輻射電磁干擾噪聲問題的診斷與噪聲抑制方法的確定，從而有效解決輻射EMC問題， 然而目前常用的依賴標準電磁環(huán)境分析方法在實現(xiàn)輻射噪聲診斷過程中尚有許多困難，因此有必要進一步考慮采用非標電磁環(huán)境的分析方法。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所目的是，解決現(xiàn)有電磁兼容測量中存在的技術問題，在于克服現(xiàn)有技術存在的缺陷，提出了一種電壓驅(qū)動型輻射源電磁輻射分析測量方法。包括電壓驅(qū)動模型中建立了基于輻射線纜共模電流模型，即認為射頻電流在輻射線纜中的分布是均一的，幅值和相位均不變，結合偶極子天線輻射模型與半波天線輻射模型 進行重構，提出輻射線纜共模阻抗修正方法，雖然進一步提高電壓驅(qū)動模型的精度，并未考慮輻射線纜共模電流頻率效應。本發(fā)明方法直接測量電路參數(shù)，通過電路參數(shù)分析以及建立電流分段模型并在空間測量點的相位疊加，獲取電路的輻射發(fā)射特性。
本發(fā)明技術方案是，電壓驅(qū)動型輻射源電磁輻射分析測量方法，對PCB電路和輻射線纜測定電路參數(shù)分析和測量電路近場輻射特性的方法，考慮PCB電路輻射線纜為小尺寸模型，根據(jù)輻射電磁場E場強與輻射線纜共模電流Icm之間的關系可建立輻射電磁干擾噪聲與PCB電路參數(shù)間的關系。
權利要求
1.電壓驅(qū)動型輻射源電磁輻射分析測量方法，對PCB電路和輻射線纜測定電路參數(shù)分析和測量電路近場輻射特性，其特征是 考慮PCB電路輻射線纜小尺寸模型，根據(jù)輻射電磁場E場強與輻射線纜共模電流Icm之間的關系可建立輻射電磁干擾噪聲與PCB電路參數(shù)間的關系 ^ 2 % 2"0 2 式中，Prad為輻射功率，E為輻射電磁場場強，Jlci為自由空間波阻抗120 Π Ω，Rrad為輻射線纜共模阻抗，r為測試距離，Icm為輻射線纜共模電流； 若考慮偶極子天線模型，其輻射線纜共模阻抗是100Ω，則由此產(chǎn)生輻射電磁場場強為 I五I ^ORrad χ(55Ω)^·I」 通常，輻射電磁干擾噪聲測試是在半波暗室中進行，因此綜合考慮地面反射問題，上述計算需乘以2作為補償； 在半波暗室中，估算的輻射電磁場要乘以2以補償最壞情況下地面的反射；PCB電路和輻射線纜之間的CM電流能夠用等效CM電壓來表示，CM表示共模，最大輻射場為|is|⑶ ''x r Rmd r 式中，Vqi為共模電壓信號；共模電壓信號與PCB板電壓信號之間的關系為 Vcm =^Vdm(4) m 式中，Ct_。為輻射線纜與PCB板間的分布電容，Cin為輻射線纜輸入電容；據(jù)此，僅需測量PCB板中的電路參數(shù)，即可測量、預估計算輻射電磁干擾噪聲大小，從而實現(xiàn)輻射目標重構。
2.根據(jù)權利要求I所述的電壓驅(qū)動型輻射源電磁輻射分析測量方法，其特征是結合偶極子天線輻射模型與半波天線輻射模型進行重構，提出輻射線纜共模阻抗修正方法 若輻射線纜中的電流為 I(x,t) = I0ekr-Jwt(5) 若輻射線纜中電流對應的波長的四分之一 λ/4遠大于線纜長度I時，S卩λ/4>>1，對于整個線纜而言，電流在線纜中的分布相對與整個波長λ僅為很小的一部分，因此，線纜中各處的電流幅值與相位均相等；然而，若線纜中電流對應的波長的四分之一 λ/4接近或小于線纜長度時，電流在線纜中可能會產(chǎn)生若干個波峰或波谷， 輻射線纜共模電流的全波分析具體步驟如下 (1)根據(jù)PCB輻射噪聲的頻段特征及“四分之一”波長原則將輻射線纜劃分為i段；“四分之一”波長為一段； (2)以輻射線纜中心點處的電流為基準，即為Itl，兩側電流疊加不同幅值修正因子eU與相位修正因子; (3)設Ztl為自由空間(遠場)波阻抗，則根據(jù)麥克斯韋方程組和線纜輻射關系，得帶電導線在遠場產(chǎn)生的福射電磁場； IZ^0Lsme Por(6) θ4jtr(4)輻射線纜各段的共模電流均會產(chǎn)生不同的輻射電磁場Ei； (5)不同的福射電磁場Ei在測試點處產(chǎn)生的合成場為
3.根據(jù)權利要求lak2所述的電壓驅(qū)動型輻射源電磁輻射分析測量方法，其特征是將輻射線纜輻射電磁干擾噪聲按照頻率分成2-3子波段進行處理，從而進一步提高輻射線纜共模電流的全波分析模型精度。
全文摘要
電壓驅(qū)動型輻射源電磁輻射分析測量方法，對PCB電路和輻射線纜測定電路參數(shù)分析和測量電路近場輻射特性，考慮PCB電路輻射線纜小尺寸模型，根據(jù)輻射電磁場E場強與輻射線纜共模電流ICM之間的關系可建立輻射電磁干擾噪聲與PCB電路參數(shù)間的關系；在半波暗室中，估算的輻射電磁場要乘以2以補償最壞情況下地面的反射；PCB電路和輻射線纜之間的CM電流能夠用等效CM電壓來表示，得到最大輻射場，共模電壓信號與PCB板電壓信號之間的關系為式中，Ct-c為輻射線纜與PCB板間的分布電容，Cin為輻射線纜輸入電容；僅需測量PCB板中的電路參數(shù)，即可測量、預估計算輻射電磁干擾噪聲大小。
文檔編號G01R31/00GK102981086SQ20121052548
公開日2013年3月20日 申請日期2012年12月10日 優(yōu)先權日2012年12月10日
發(fā)明者陳向陽, 郭艷萍 申請人:江蘇省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗研究院