一種高斯偶脈沖大電流大功率寬頻帶注入探頭設(shè)計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種高斯偶脈沖大電流大功率寬頻帶注入探頭設(shè)計(jì)方法。該探頭模塊 將作為電磁兼容性傳導(dǎo)敏感度時(shí)域測(cè)試系統(tǒng)的重要組成部分，它可W實(shí)現(xiàn)將大電流大功率 寬頻帶的高斯偶脈沖注入到電源線或線纜上進(jìn)行時(shí)域傳導(dǎo)敏感度實(shí)驗(yàn)，從而探究傳導(dǎo)敏感 度機(jī)理。它屬于電磁兼容傳導(dǎo)敏感度技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 系統(tǒng)級(jí)測(cè)試主要關(guān)屯、的是系統(tǒng)間的電磁兼容問(wèn)題，電磁兼容（EMC)測(cè)試作為驗(yàn)證 電子設(shè)備電磁兼容性設(shè)計(jì)的合理性及最終評(píng)價(jià)電子設(shè)備質(zhì)量的重要手段，用于評(píng)估系統(tǒng)內(nèi) 部關(guān)于電磁兼容的各項(xiàng)性能指標(biāo)是否達(dá)到要求。EMC測(cè)試中很重要的一部分就是電磁敏感 度測(cè)試，特別是在設(shè)備的間距比較小的情況或者高速諧振的環(huán)境中，內(nèi)部的電磁干擾源很 有可能將福射場(chǎng)禪合進(jìn)傳輸線內(nèi)部導(dǎo)致與其相連的設(shè)備受到電磁干擾。應(yīng)該合理設(shè)計(jì)系統(tǒng) 間的敏感度測(cè)試，使得測(cè)試的環(huán)境能夠模擬設(shè)備在真正運(yùn)行過(guò)程中所面臨的嚴(yán)酷的電磁環(huán) 境，從而評(píng)估設(shè)備在實(shí)際使用中的抗干擾能力。因此，人們?cè)絹?lái)越重視電子系統(tǒng)在強(qiáng)電磁環(huán) 境中的電磁敏感性巧lectroma即etic Susceptibility)的研究和測(cè)試，不僅是在商業(yè)、民 用，尤其是在國(guó)防軍事裝備中，電子設(shè)備的抗電磁干擾能力已經(jīng)成為衡量電子設(shè)備性能的 一項(xiàng)基本指標(biāo)，在實(shí)際應(yīng)用中具有非常重要的意義。
[0003] 電流注入技術(shù)是一種新型的EMC測(cè)試方法，一直W來(lái)都被作為電磁兼容中抗干擾 與敏感度測(cè)試的一種基本標(biāo)準(zhǔn)概念和方法。因其具有良好的可重復(fù)性而且簡(jiǎn)單實(shí)用，在 EMC問(wèn)題區(qū)域診斷和評(píng)估硬件加固技術(shù)領(lǐng)域，被驗(yàn)證為效果顯著的技術(shù)，得到了商業(yè)、航空 與軍事電磁兼容等測(cè)試領(lǐng)域的普遍承認(rèn)。國(guó)外主要將大電流注入技術(shù)BCUBu化化rrent Injection)用于較大電子系統(tǒng)，例如空間系統(tǒng)、飛機(jī)、地面和水下系統(tǒng)的連接電纜束等設(shè)備 的敏感性測(cè)試試驗(yàn)。BCI技術(shù)注入的脈沖電流波形根據(jù)模擬的情況而定，主要有方波和振蕩 衰減脈沖。注入電流通過(guò)變壓禪合的方式注入到電纜上，注入電流的幅度根據(jù)真實(shí)系統(tǒng)上 福射電磁場(chǎng)產(chǎn)生的感應(yīng)電流決定，主要是模擬電子設(shè)備關(guān)鍵部位受到外場(chǎng)福射的最壞情況 下所產(chǎn)生的最大電流，從而考核電子系統(tǒng)的敏感部位承受電磁干擾的能力。
[0004] 當(dāng)前對(duì)傳導(dǎo)敏感度的研究只是按照國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于傳導(dǎo)敏感度的要求進(jìn)行相 關(guān)實(shí)驗(yàn)。在GJB151B-2013中，CS114給出了 10曲Z-400MHZ電纜束注入傳導(dǎo)敏感度的測(cè)試 要求與方法，用于檢驗(yàn)EUT承受禪合到與EUT有關(guān)電纜上的射頻信號(hào)的能力。CS115給出了 電纜束注入脈沖激勵(lì)傳導(dǎo)敏感度的測(cè)試要求與方法，用于檢驗(yàn)EUT承受禪合到與EUT有關(guān) 電纜上的脈沖信號(hào)的能力。該些實(shí)驗(yàn)只是從受試設(shè)備角度探究其能承受多大的電磁干擾， 并沒(méi)能從輸入信號(hào)的角度來(lái)研究傳導(dǎo)敏感度的機(jī)理。當(dāng)前導(dǎo)致傳導(dǎo)敏感度機(jī)理科學(xué)數(shù)據(jù)匿 乏的主要原因在于；1.現(xiàn)有的傳導(dǎo)敏感度測(cè)試信號(hào)無(wú)法模擬真實(shí)存在的工作環(huán)境；2.由于 單個(gè)干擾源在頻域上的確定性W及當(dāng)干擾源共存時(shí)在時(shí)域上的隨機(jī)性，導(dǎo)致頻域傳導(dǎo)敏感 度實(shí)驗(yàn)存在局限性；3.當(dāng)前的傳導(dǎo)敏感度實(shí)驗(yàn)缺乏對(duì)由線纜引入的非線性進(jìn)行檢測(cè)。該些 都是需要研究的問(wèn)題。因此，首先我們需要產(chǎn)生一種信號(hào)（或多種同類型信號(hào)）來(lái)真實(shí)地 模擬實(shí)際工作環(huán)境，從而作為傳導(dǎo)敏感度實(shí)驗(yàn)的輸入信號(hào)。根據(jù)分析，單高斯脈沖可w有效 激發(fā)低頻成分；等幅雙高斯脈沖可W驗(yàn)證敏感頻點(diǎn)位置；高斯偶脈沖可激發(fā)高頻成分；高 斯奇偶脈沖可同時(shí)激發(fā)低頻和高頻成分；變幅度高斯奇偶脈沖可更靈活的激發(fā)低頻和高頻 成分。通過(guò)控制脈沖寬度Td來(lái)調(diào)節(jié)頻域成分，實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境的可控模擬，并驗(yàn)證敏感頻點(diǎn)位 置。因此W多高斯脈沖作為測(cè)試信號(hào)時(shí)，可W有效地模擬同時(shí)存在的多個(gè)信號(hào)、且每個(gè)信號(hào) 包含多個(gè)頻率所形成的電磁環(huán)境。該種W高斯偶脈沖為主的多高斯脈沖將作為我們的輸入 信號(hào)用于傳導(dǎo)敏感度試驗(yàn)。該就需要設(shè)計(jì)一個(gè)能夠?qū)⒃摱喔咚姑}沖信號(hào)注入到線纜上的電 流注入探頭。根據(jù)指標(biāo)要求，我們?cè)O(shè)計(jì)的電流注入探頭要能夠承受大電流大功率而且具有 寬頻帶低插入損耗的特點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 1、發(fā)明目的
[0006] 在將高斯偶脈沖信號(hào)注入電纜進(jìn)行傳導(dǎo)敏感度實(shí)驗(yàn)中，電流注入探頭是很重要的 一部分。信號(hào)源輸出的信號(hào)通過(guò)電流注入探頭注入到多導(dǎo)體電纜束中，從研究測(cè)試方法的 角度來(lái)講，研究注入探頭并對(duì)其進(jìn)行建模仿真對(duì)于準(zhǔn)確定義電流注入法的相關(guān)參數(shù)是至關(guān) 重要的。只有準(zhǔn)確的預(yù)估計(jì)注入電流值和傳輸線終端的負(fù)載大小才能預(yù)算一定頻率范圍內(nèi) 的干擾水平，防止注入電流超過(guò)被測(cè)件輸入端的電流闊值而導(dǎo)致設(shè)備損壞，甚至燒毀。同 時(shí)，電流注入探頭的頻段與最大插入損耗之間的關(guān)系，也是研究的重點(diǎn)。
[0007] 2、技術(shù)方案
[000引本發(fā)明是研究一種電流注入探頭能夠?qū)⒋箅娏鞔蠊β蕦掝l帶的高斯偶脈沖信號(hào) 注入到電源線或線纜上進(jìn)行傳導(dǎo)敏感度實(shí)驗(yàn)。電流注入探頭利用變壓器互感原理將大電流 信號(hào)注入到線纜上，它采用較高飽和磁通密度和低損耗的軟磁鐵氧體材料作為探頭磁巧， 采用疊片式磁巧設(shè)計(jì)方法，具有寬頻帶、低插入損耗的特點(diǎn)，同時(shí)探頭空間利用率高、重量 輕，制造成本低，能夠廣泛應(yīng)用于傳導(dǎo)敏感度實(shí)驗(yàn)中。
[0009] (1)電流注入探頭的工作原理
[0010] 電流注入探頭的工作原理即利用變壓器互感原理將信號(hào)注入到線纜或電源線 上。探頭的主級(jí)線圈與次級(jí)線圈的禪合現(xiàn)象用表達(dá)式為復(fù)數(shù)而且與頻率有關(guān)的自感 '馬（份）、4(份）和互感M(W)表示，因?yàn)橹骷?jí)與次級(jí)線圈都是纏繞在同一個(gè)鐵氧體磁巧上 的，所W相應(yīng)的自感和互感可W用鐵氧體磁巧的磁阻的函數(shù)來(lái)表示，圖1表示的是用二端 口網(wǎng)絡(luò)描述磁巧與傳輸線間的電磁禪合效應(yīng)，即；
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種高斯偶脈沖大電流大功率寬頻帶注入探頭設(shè)計(jì)方法，其特征在于：該方法具體 步驟如下： 步驟一：在CST微波工作室中構(gòu)建電流注入探頭的外層金屬框架； 步驟二：在探頭的外層金屬框架中填充介電常數(shù)為2的聚乙烯材料； 步驟三：構(gòu)建5個(gè)疊片式分布的介電常數(shù)為12. 7、初始磁導(dǎo)率為10000的鐵氧體磁芯； 步驟四：在探頭的外層金屬框架構(gòu)建電流注入探頭的饋電端口 N-SM轉(zhuǎn)接器； 步驟五：構(gòu)造匝數(shù)為1纏繞在鐵氧體磁芯周圍的線圈，其中線圈分別連接N型轉(zhuǎn)接頭中 心針與探頭的外層金屬框架； 步驟六：構(gòu)造電流注入探頭校準(zhǔn)裝置，采用SM饋電方式，設(shè)置求解端口； 步驟七：運(yùn)行CST瞬態(tài)仿真器，仿真電流注入探頭的S參數(shù)； 步驟八：在CST微波工作室中中進(jìn)行電磁電路聯(lián)合仿真，繪制電流注入探頭電路圖； 步驟九：在端口 3注入高斯偶脈沖信號(hào)，觀察端口 1，2電壓電流波形圖。
【專利摘要】一種高斯偶脈沖大電流高功率寬頻帶注入探頭設(shè)計(jì)方法，它有九大步驟：一、在CST微波工作室中構(gòu)建電流注入探頭的外層金屬框架；二、在外層金屬框架中填充介電常數(shù)為2的聚乙烯材料；三、構(gòu)建5個(gè)疊片式分布的介電常數(shù)為12.7、初始磁導(dǎo)率為10000的鐵氧體磁芯；四、在外層金屬框架構(gòu)建電流注入探頭的饋電端口N-SMA轉(zhuǎn)接器；五、構(gòu)造匝數(shù)為1纏繞在鐵氧體磁芯周圍的線圈，其中線圈分別連接N型轉(zhuǎn)接頭中心針與外層金屬框架；六、構(gòu)造電流注入探頭校準(zhǔn)裝置，采用SMA饋電方式，設(shè)置求解端口；七、運(yùn)行CST瞬態(tài)仿真器，仿真電流注入探頭的S參數(shù)；八、在CST中進(jìn)行電磁電路聯(lián)合仿真，繪制電流注入探頭電路圖；九、在端口3注入高斯偶脈沖信號(hào)，觀察端口1,2電壓電流波形圖。
【IPC分類】G01R31-00
【公開號(hào)】CN104569668
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410837527
【發(fā)明人】閻照文, 張夢(mèng)澤
【申請(qǐng)人】北京航空航天大學(xué)
【公開日】2015年4月29日
【申請(qǐng)日】2014年12月29日