本發(fā)明屬于電磁兼容測(cè)試領(lǐng)域，涉及一種基于諧波相位抖動(dòng)特性的諧波源判斷方法。

背景技術(shù)：

在電磁兼容的傳導(dǎo)干擾發(fā)射測(cè)試中，受試設(shè)備內(nèi)部有許多獨(dú)立的干擾源，這些干擾源產(chǎn)生的干擾信號(hào)通過耦合通道耦合到待測(cè)端口，共同形成了待測(cè)端口的干擾信號(hào)。當(dāng)受試設(shè)備的端口輸出中某一頻點(diǎn)處信號(hào)發(fā)射超標(biāo)，需要對(duì)該頻率對(duì)應(yīng)的發(fā)射源進(jìn)行定位與整改。但是存在一種情況，受試設(shè)備的內(nèi)部干擾源在待測(cè)端口處發(fā)射的信號(hào)存在倍頻關(guān)系的幾個(gè)頻率時(shí)，需要判斷這幾個(gè)成倍頻關(guān)系的信號(hào)是否是來源于某個(gè)信號(hào)源的諧波，還是一些獨(dú)立的信號(hào)源，進(jìn)而對(duì)輻射超標(biāo)的頻率采取相應(yīng)的抑制措施。

在解決判斷諧波源的問題時(shí)，現(xiàn)有的解決方法借助信息論中的互信息量來研究各倍頻分量間的互信息，這種方法復(fù)雜、計(jì)算量大，并且需要工程人員有較高的專業(yè)知識(shí)、數(shù)學(xué)知識(shí)，實(shí)現(xiàn)起來復(fù)雜。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明技術(shù)解決問題：克服現(xiàn)有技術(shù)的方法復(fù)雜、計(jì)算量大，提供一種基于諧波相位抖動(dòng)特性的諧波源判斷方法，原理易于理解，操作與數(shù)據(jù)處理簡(jiǎn)單。

本發(fā)明技術(shù)解決方案：一種基于諧波相位抖動(dòng)特性的諧波源判斷方法，針對(duì)設(shè)備內(nèi)部信號(hào)源為平穩(wěn)信號(hào)源，在單端口設(shè)備輸出出現(xiàn)倍頻信號(hào)時(shí)，利用這些信號(hào)的相位抖動(dòng)特性來判斷這些倍頻信號(hào)是否是來源于某一信號(hào)的諧波，或者來源于不同的獨(dú)立源。

實(shí)現(xiàn)步驟如下：

步驟一、信號(hào)獲取，用數(shù)據(jù)采集卡對(duì)單端口輸出的待測(cè)設(shè)備的輸出端口進(jìn)行第一次采集，得到待測(cè)設(shè)備輸出信號(hào)；

步驟二、數(shù)據(jù)處理，對(duì)步驟一中獲取到的待測(cè)設(shè)備輸出信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換，得到復(fù)數(shù)形式的信號(hào)數(shù)據(jù)，根據(jù)相位的定義Im為傅里葉變換的虛部，Re為傅里葉變換的實(shí)部，為信號(hào)相位，計(jì)算信號(hào)的頻率-相位關(guān)系，畫出頻率相位關(guān)系圖，即相頻圖；

步驟三、第二次采樣與數(shù)據(jù)處理，重復(fù)步驟一與步驟二，用數(shù)據(jù)采集卡對(duì)待測(cè)設(shè)備輸出端口進(jìn)行第二次采集，得到待測(cè)設(shè)備輸出信號(hào)。對(duì)第二次采集的待測(cè)設(shè)備輸出信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換，根據(jù)相位定義計(jì)算信號(hào)的相位，畫出相頻圖。前后兩次的采樣間隔要盡可能小于四分之一信號(hào)周期，以保證前后兩次信號(hào)對(duì)應(yīng)頻率的相位差在2π內(nèi)，為使兩次采樣間隔滿足小于四分之一信號(hào)周期的要求，可以先對(duì)設(shè)備輸出端口進(jìn)行兩次采樣，再對(duì)采集的數(shù)據(jù)做傅里葉變換；

步驟四、判斷諧波相位抖動(dòng)特性，對(duì)步驟二與步驟三畫出的相頻圖中成倍數(shù)關(guān)系的頻率分量(即諧波，簡(jiǎn)稱倍頻)的相位進(jìn)行解卷繞，當(dāng)兩個(gè)相頻圖中對(duì)應(yīng)的倍頻信號(hào)的相位差值之比與諧波次數(shù)之比相等，且倍頻信號(hào)的相位變化率之比與諧波次數(shù)之比相等時(shí)，認(rèn)為這些成倍數(shù)關(guān)系的頻率分量具有一致的抖動(dòng)特性，可以確定這幾個(gè)倍頻信號(hào)來源于同一個(gè)諧波源，否則判斷為來自不同的獨(dú)立源(本發(fā)明中，諧波源定義為產(chǎn)生諧波的信號(hào)源，獨(dú)立源定義為產(chǎn)生單頻信號(hào)的信號(hào)源)。

以下對(duì)上述的工作原理進(jìn)行說明：

當(dāng)待測(cè)設(shè)備的電路系統(tǒng)為非線性系統(tǒng)時(shí)，來自于某一信號(hào)源的各諧波的信號(hào)幅度可能受到影響，不能表現(xiàn)出某些特定關(guān)系，難以通過諧波的幅度來進(jìn)一步判斷這些頻率是否來自于同一個(gè)信號(hào)源，但是當(dāng)諧波來自同一個(gè)信號(hào)源時(shí)，各次諧波的相位會(huì)表現(xiàn)出相同的抖動(dòng)特性，以此可以來進(jìn)行諧波源的判斷。本發(fā)涉及的信號(hào)源為周期信號(hào)。

由于幾乎所有的電子元件或電路系統(tǒng)的傳輸方程都是非線性方程，但在比較小的范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)，將這些關(guān)系看成線性關(guān)系，不會(huì)產(chǎn)生很大的誤差，這時(shí)可以用泰勒級(jí)數(shù)來表示工作點(diǎn)方程。

這里取二級(jí)管作為闡述對(duì)象。根據(jù)微波工程理論中，典型的RF二極管V-I特性為：

I(V)＝I_s(e^αV-1) (1)

其中α＝q/nkT，q是電子電荷，k是玻爾茲曼常數(shù)，T是溫度，n是理想化因子，I_s是飽和電流，e為自然常數(shù)，I(V)表示二級(jí)管輸入電壓為V時(shí)的輸出電流I。當(dāng)二極管電壓為：

V＝V₀+v (2)

V₀是直流偏置，v是小的交流信號(hào)電壓。(2)式對(duì)V₀做泰勒級(jí)數(shù)展開并取三階，寫成直流偏置電流I₀和交流電流i之和形式為：

其中G_d表示I對(duì)V在V₀的一階導(dǎo)數(shù)。由于理想的連續(xù)波信號(hào)為：

v(t)＝A₀sin(w₀t) (4)

而真實(shí)連續(xù)波信號(hào)為

A₀為信號(hào)幅度，w₀為信號(hào)頻率，E(t)為隨機(jī)幅度抖動(dòng)，為隨機(jī)相位抖動(dòng)；

當(dāng)二極管電壓為(5)式時(shí)，

可將上式描述為：

其中，D₀、A₁、A₂、A₃分別為直流信號(hào)、基波、二次諧波、三次諧波的幅度。

當(dāng)二極管輸出信號(hào)I(V)經(jīng)過非線性電路輸出時(shí)，會(huì)存在附加幅度衰減和附加相移，假設(shè)I(V)經(jīng)非線性電路的輸出為：

其中，a₀、a₁、a₂、a₃分別為直流信號(hào)、基波、二次諧波、三次諧波的附加幅度衰減，為附加相移。

假設(shè)數(shù)據(jù)采集卡的采樣時(shí)間很短，在采樣時(shí)間內(nèi)連續(xù)信號(hào)的隨機(jī)相位抖動(dòng)為常數(shù)。

當(dāng)數(shù)據(jù)采集卡在t＝0時(shí)刻進(jìn)行采樣，采集的信號(hào)可以表示為：

當(dāng)數(shù)據(jù)采集卡在t＝Δt時(shí)刻進(jìn)行采樣，采集的信號(hào)可以表示為：

所以頻率w₀、2w₀、3w₀的相位變化率分別為：

可以看到，正弦信號(hào)在經(jīng)過RF二極管和非線性電路時(shí)會(huì)產(chǎn)生諧波，并且諧波的相位及相位抖動(dòng)特性與基頻成倍數(shù)，倍數(shù)與諧波次數(shù)有關(guān)。

對(duì)于非諧波信號(hào)，即倍頻信號(hào)來源于不同的獨(dú)立源。由于各獨(dú)立源的相位抖動(dòng)是隨機(jī)的，所以各頻率處的相位不相關(guān)，此時(shí)電路輸出為：

其中，E₀、B₁、B₂、B₃分別為直流信號(hào)、基波、二次諧波、三次諧波的幅度，分別為頻率w₀、2w₀、3w₀的隨機(jī)相位抖動(dòng)，為附加相移。

當(dāng)數(shù)據(jù)采集卡在t＝0進(jìn)行采樣，采集的信號(hào)可以表示為：

當(dāng)數(shù)據(jù)采集卡在t＝Δt進(jìn)行采樣，采集的信號(hào)可以表示為：

所以頻率w₀、2w₀、3w₀的相位變化率分別為：

由于各自獨(dú)立，可以看到，當(dāng)這些頻率信號(hào)為獨(dú)立信號(hào)源時(shí)，頻率w₀、2w₀、3w₀的相位無聯(lián)系，并且無一致的相位抖動(dòng)特性。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于：在解決盲源分離問題中遇到的判斷諧波源的問題時(shí)，現(xiàn)有的解決方法借助信息論中的互信息量來研究各倍頻分量間的互信息，這種方法復(fù)雜、計(jì)算量大，并且需要工程人員有較高的專業(yè)知識(shí)、數(shù)學(xué)素養(yǎng)，而本發(fā)明提出研究倍頻分量間的相位抖動(dòng)的方法則操作簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)處理簡(jiǎn)單，原理易于理解。原則上通過倍頻信號(hào)間的相位抖動(dòng)特性也屬于互信息的范疇，但是本專利采用了研究信號(hào)相位的方式，思路新穎，操作簡(jiǎn)單。

附圖說明

圖1是本發(fā)明基于諧波相位抖動(dòng)特性的諧波源判斷方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

如圖1所示，本發(fā)明提出一種基于諧波相位抖動(dòng)特性的諧波源判斷方法，包括下列處理步驟：

步驟一、信號(hào)獲取，在t＝0時(shí)用數(shù)據(jù)采集卡對(duì)單端口輸出的待測(cè)設(shè)備的輸出端口進(jìn)行第一次采集，得到待測(cè)設(shè)備輸出信號(hào)，第一次采集的輸出信號(hào)用式(16)表示，

步驟二、數(shù)據(jù)處理，對(duì)步驟一中獲取到的待測(cè)設(shè)備輸出信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換，得到復(fù)數(shù)形式的信號(hào)數(shù)據(jù)，根據(jù)相位的定義Im為傅里葉變換的虛部，Re為傅里葉變換的實(shí)部，為信號(hào)相位，計(jì)算信號(hào)的頻率-相位關(guān)系，由于相頻圖中各頻率分量對(duì)應(yīng)的相位為該頻率對(duì)應(yīng)信號(hào)的初始相位，所以w₀、2w₀、3w₀在相頻圖中對(duì)應(yīng)的相位分別為

步驟三、第二次采樣與數(shù)據(jù)處理，重復(fù)步驟一與步驟二，在t＝Δt時(shí)用數(shù)據(jù)采集卡對(duì)待測(cè)設(shè)備輸出端口進(jìn)行第二次采集，得到待測(cè)設(shè)備輸出信號(hào)，第二次采集的輸出信號(hào)用式(17)表示，

對(duì)第二次采集的待測(cè)設(shè)備輸出信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換，根據(jù)相位定義計(jì)算信號(hào)的相位，得到在相頻圖中w₀、2w₀、3w₀對(duì)應(yīng)的相位分別為

步驟四、判斷諧波相位抖動(dòng)特性，對(duì)步驟二與步驟三畫出的相頻圖中成倍數(shù)關(guān)系的頻率分量(即諧波)的相位進(jìn)行解卷繞。

第一次采樣的數(shù)據(jù)結(jié)果：在相頻圖中，w₀、2w₀、3w₀對(duì)應(yīng)的相位分別為

第二次采樣的數(shù)據(jù)結(jié)果：在相頻圖中，w₀、2w₀、3w₀對(duì)應(yīng)的相位分別為

兩次采樣的數(shù)據(jù)在w₀、2w₀、3w₀頻率處的差值分別為

該諧波源在w₀、2w₀、3w₀頻率處的相位變化率為：

根據(jù)上述結(jié)果，兩個(gè)相頻圖中倍頻信號(hào)在w₀、2w₀、3w₀頻率處的相位差值之比為1:2:3，相位變化率之比為1:2:3，諧波次數(shù)之比為1:2:3，可以看到倍頻信號(hào)在w₀、2w₀、3w₀頻率處的相位差值之比等于相位變化率之比，等于諧波次數(shù)之比，可以認(rèn)為這些成倍數(shù)關(guān)系的頻率分量具有一致的抖動(dòng)特性，判斷這幾個(gè)倍頻信號(hào)是來源于同一個(gè)諧波源。

提供以上實(shí)施例僅僅是為了描述本發(fā)明的目的，而并非要限制本發(fā)明的范圍。本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求限定。不脫離本發(fā)明的精神和原理而做出的各種等同替換和修改，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。