一种基于电磁混响室的加载吸收截面快速评估方法与流程

1.本发明属于电磁兼容技术领域，尤其是涉及一种基于电磁混响室的加载吸收截面快速评估方法。


背景技术：

2.电磁混响室是一个电大尺寸且具有高导电反射墙面构成的屏蔽腔室，腔室中通常安装一个或几个机械式搅拌器或调谐器，通过搅拌器的转动改变腔室的边界条件，进而在腔室内形成统计均匀、各向同性和随机极化的电磁环境。近年来，电磁混响室被广泛应用于电磁兼容测试的各个领域，也得到了一些行业标准接受。电磁混响室作为一种新型的电磁兼容测试场地，相比于传统的测试场地，具有测试频带宽、重复性好、测试时间短以及在测试过程中采用合适的功率就能产生较高场强等优势，电磁混响室的品质因数是电磁混响室的一个重要性能指标参数，尤其当电磁混响室用于脉冲激励信号时，需要通过品质因数得到电磁混响室时间常数，确定脉冲激励信号的脉宽参数。同时，电磁混响室在实际设计时，还需要利用品质因数对其内部的场强大小进行评估。
3.电磁混响室的品质因数与其内部加载物息息相关，加载物的材料、尺寸以及布局都会对电磁混响室的品质因数造成影响，从而影响其内部的电磁环境特性。这也是所有标准要求在进行电磁混响室测试之前都要进行加载校准的原因所在。
4.现有技术中，利用电磁混响室测试加载物吸收截面的方法，一种方法是在频域测试，利用信号源、功率放大器、场强探头对每个频率点的场强值进行记录；这需要记录所有独立边界条件下的值，是一项非常耗时的工作。国内外学者对人体、吸波材料以及印刷电路板都进行过吸收截面测试，但都是利用频域方法测得的。另一种方法是利用时域方法进行测试，利用矢量网络分析仪对发射天线和接收天线之间的s参数进行采集，通过对s参数进行逆傅里叶变换，求出其时域功率分布函数，从而得到电磁混响室内能量的损耗速率，再通过电磁混响室时间常数的概念求得其时间常数，就可得到电磁混响室的品质因数。时域法与频域法不同，不需要测试前对电磁混响室进行均匀性校准，也不需要考虑测试线缆、天线对电磁混响室的插入损耗，因此在测试速度上比频域法有明显的优势。
5.电磁混响室内吸收截面的测试结果是基于全向辐照的测试结果，是对360
°
全向辐照条件下的平均测试结果，这与传统电波暗室的测试原理与测试结果有明显的不同。测试之前需要清空电磁混响室，并对空载电磁混响室进行测试，得到空载电磁混响室测试结果后，再将被测物体放置于电磁混响室测试区域内进行测试。但是，空载电磁混响室的测试结果具有不变性，只需要在建成后测试一遍即可，不需要在后续测试中反复测量。
6.电磁混响室吸收加载截面对于电磁混响室测试尤为重要，尤其是电磁兼容测试中的辐射抗扰度测试，如果对加载物吸收截面进行准确评估，就可以对电磁混响室测试区域内的最大场强进行预估，有利于提高试验效率，有助于电磁混响室技术在电磁兼容测试领域得到更好的推广。


技术实现要素：

7.为解决上述问题，本发明的目的是提供一种基于电磁混响室的加载吸收截面快速评估方法。
8.为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
9.一种基于电磁混响室的加载吸收截面快速评估方法，其包括以下步骤：
10.s1、构建电磁混响室测试系统，测试系统由发射天线、接收天线、矢量网络分析仪组成，发射天线、接收天线置于电磁混响室内部，且与设置在电磁混响室外部的矢量网络分析仪连接；无需事先对电磁混响室进行均匀性校准以及对线缆损耗进行补偿；
11.s2、清空电磁混响室，对空载电磁混响室进行测试，记录接收天线和发射天线之间的参数s
21
，矢量网络分析仪选择起始频率、终止频率和采样点数；该过程只需要记录发射天线或接收天线的位置；
12.s3、将得到的参数s
21
进行多搅拌位置平均：
[0013][0014]
式中，s
21
表示传输系数；n表示独立搅拌位置数；n表示第n个搅拌位置；
[0015]
s4、将传输系数s
21
进行逆傅里叶转换至时域：
[0016]s21
(t)＝ift[f(jω)
×s21
]
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0017]
s5、根据步骤s4中的时域响应，得到功率时延分布(power-delay profile，pdp)：
[0018][0019]
s6、对步骤s5中的功率时延分布pdp(t)的衰减函数做一阶最小二乘拟合，得到衰减速率k，进而得到目标电磁混响室在空载条件下的时间常数：
[0020][0021]
s7、将被测物体放置于电磁混响室的测试区域内，重复步骤s2～s6的过程，得到电磁混响室加载条件下的时间常数τ
loaded
；
[0022]
s8、利用式(5)求得目标电磁混响室内的加载物的吸收截面，
[0023][0024]
其中，c0为光速，v为电磁混响室的体积，τ
loaded
为加载电磁混响室的时间常数，τ
unloaded
为空载电磁混响室的时间常数，《
·
》n为对所有搅拌位置测试结果求平均值；
[0025]
s9、已知电磁混响室单个独立边界条件处的测试不确定度为σ＝10％，因此，电磁混响室中加载物的吸收截面的测量不确定度为
[0026][0027]
s10、得到加载物的吸收截面后，利用电磁混响室的归一化场强值预测加载电磁混响室的场强值：
[0028][0029]
其中，《acs》为电磁混响室内加载物吸收截面，《|e
x
|》
unloaded
为空载电磁混响室的归一化场强。
[0030]
进一步地，上述的步骤s2中，电磁混响室内的搅拌器独立搅拌位置数量大于5个，以确保结果的准确性。
[0031]
由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下优越性：
[0032]
该基于电磁混响室的加载吸收截面快速评估方法，其无需对电磁混响室进行均匀性校准，以及无需改变接收天线放置位置，能够对加载物吸收截面进行准确评估，提高测试效率；通过对加载电磁混响室的场强进行评估，有利于提高基于电磁混响室的电子设备的辐射抗扰度测试效率，有助于推广电磁混响室在电磁兼容领域的应用。
附图说明
[0033]
图1是本发明中的电磁混响室测试系统的结构示意图；
[0034]
图2是空载条件下本发明中的电磁混响室内的接收天线接收到某一边界条件下的参数s
21
线性调频分布图；
[0035]
图3是空载条件下本发明中的电磁混响室多边界条件下的平均功率时延分布图；
[0036]
图4是本发明中的电磁混响室多边界条件下的时间常数图；
[0037]
图5是本发明中的电磁混响室多边界条件下的加载物吸收截面图；
[0038]
图中：1－搅拌器；2－电磁混响室；3－矢量网络分析仪；4－接收天线；5－发射天线。
具体实施方式
[0039]
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步详细说明。
[0040]
一种基于电磁混响室的加载吸收截面快速评估方法，其包括以下步骤：
[0041]
s1、构建电磁混响室测试系统，如图1所示，测试系统由发射天线5、接收天线4、矢量网络分析仪3组成，发射天线、接收天线置于电磁混响室2内部，发射天线、接收天线分别通过同轴电缆与设置在电磁混响室外部的矢量网络分析仪的发射端口和接收端口连接；无需事先对电磁混响室进行均匀性校准以及对线缆损耗进行补偿；
[0042]
s2、清空电磁混响室，即为将除了发射天线、接收天线以外的其他陪试设备移出电磁混响室；通过矢量网络分析仪3对空载电磁混响室进行测试，测试频率为1ghz～10ghz，测得电磁混响室在空载条件下的接收天线4、发射天线5之间的参数s
21
，矢量网络分析仪选择起始频率、终止频率和采样点数，为保证时域信号的准确性，频域采样点数选择100001个；该过程只需要记录发射天线、或接收天线的位置；电磁混响室内的搅拌器独立搅拌位置数量为20个，搅拌器工作于步进搅拌状态，步进角度为18
°
；
[0043]
s3、如图2所示，记录20个独立搅拌位置数下的20组参数s
21
，求出其均值：
[0044]
[0045]
式中，s
21
表示传输系数；n表示独立搅拌位置数；n表示第n个搅拌位置；
[0046]
s4、将传输系数s
21
进行逆傅里叶转换至时域：
[0047]s21
(t)＝ift[f(jω)
×s21
]
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0048]
s5、如图3所示，根据步骤s4中的时域响应，得到功率时延分布(power-delay profile，pdp)：
[0049][0050]
s6、由于pdp在电磁混响室中呈指数衰减，衰减速度是由电磁混响室时间常数所决定的其中，p0为注入电磁混响室内的功率，t为测试时间序列，τ
rc
为电磁混响室的时间常数，因此，对步骤s5中的功率时延分布pdp(t)的衰减函数做一阶最小二乘拟合，得到衰减速率k，进而得到目标电磁混响室在空载条件下的时间常数，如图4所示：
[0051][0052]
s7、将被测物体放置于电磁混响室的测试区域内，重复步骤s2～s6的过程，得到电磁混响室加载后的时间常数τ
loaded
；
[0053]
s8、利用式(5)求得加载物的吸收截面，如图5所示，
[0054][0055]
其中，c0为光速，v为电磁混响室的体积，τ
loaded
为加载电磁混响室的时间常数，τ
unloaded
为空载电磁混响室的时间常数，《
·
》n为对所有搅拌位置测试结果求平均值；
[0056]
s9、已知电磁混响室单个独立边界条件处的测试不确定度为σ＝10％，因此，电磁混响室中加载物的吸收截面的测量不确定度为
[0057][0058]
s10、得到加载物的吸收截面后，利用电磁混响室的归一化场强值预测加载电磁混响室的场强值：
[0059][0060]
其中，《acs》为电磁混响室内加载物吸收截面，《|e
x
|》
unloaded
为空载电磁混响室的归一化场强，该参数无需重复测试。
[0061]
上述的图3～5中的多边界条件，指的是n个边界条件；每一个独立搅拌位置就是一个边界条件。
[0062]
以上所述仅为本发明的较佳实施例，而非对本发明的限制，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明的专利保护范围之内。