本發(fā)明涉及一種獲取線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)在工作狀態(tài)下的電磁傳輸矩陣的方法，屬于電磁兼容領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

電子設(shè)備在定型或上市之前，必須滿足相應(yīng)的軍用標準或民用標準中規(guī)定的限值。一般而言，相應(yīng)的標準(如國軍標GJB-151B《軍用設(shè)備和分系統(tǒng)電磁發(fā)射和敏感度要求與測量》)中規(guī)定測量電子設(shè)備的電磁傳導(dǎo)發(fā)射時需要在電網(wǎng)和被測試的電子設(shè)備的電源線間插入線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)。線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)的作用是：1)在整個傳導(dǎo)發(fā)射測量頻率范圍內(nèi)，給被試品電源線提供一個穩(wěn)定的阻抗，用來保證測量場地之間的一致性；2)防止電網(wǎng)上的外部傳導(dǎo)噪聲干擾測量。GJB-151B規(guī)定的線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)形式見附圖1。

電磁傳輸矩陣是指在文獻(“D.M.Pozar,Microwave engineering.John Wiley&Sons,2009”)中介紹的一種分析微波電路網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)，又稱為ABCD參數(shù)。在一些測試和建模中，需要獲取線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)在測量端口到連接被試品端口的電磁傳輸矩陣。理論上，線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)的電磁傳輸矩陣可以使用其電容、電感等電子元器件及其布局計算獲取。但由于寄生參數(shù)的存在，加之實際測量時需要連接電網(wǎng)和其他線纜，因此不能直接使用理想電子元器件的值直接計算線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)的電磁傳輸參數(shù)。因此，本發(fā)明公開了一種使用已知阻抗的電阻和矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，獲取線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)在實際工作狀態(tài)下的電磁傳輸矩陣的方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明技術(shù)解決問題：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種獲取線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)電磁傳輸矩陣的方法，使用已知阻抗的電阻和矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測量其電磁傳輸矩陣，可以簡單、準確獲取線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)在實際工作狀態(tài)下的電磁傳輸矩陣，便于對線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)進行準確建模和分析。

本發(fā)明技術(shù)解決方案：一種獲取線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)電磁傳輸矩陣的方法，首先，使用阻抗分析儀獲取某已知電阻在規(guī)定頻段的阻抗幅值-頻率及相位-頻率關(guān)系；其次，使用測量配置方法，連接電阻、矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀及線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)；然后，使用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀獲取線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)在測量配置下端口間的電磁散射矩陣；之后本發(fā)明公開的方法，求解出線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)固有的電磁傳輸矩陣。該電磁傳輸矩陣可以表征線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)的固有屬性，用于建?；蜉o助測試工作。

如圖2所示，本發(fā)明包括下列步驟：

步驟一：測量校準電阻在規(guī)定頻段內(nèi)的阻抗值

并根據(jù)測量頻段，選擇額定電流大于待測線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)額定電流的2個已知電阻，這兩個電阻的額定阻抗值應(yīng)不同。使用精密阻抗分析儀(如英國穩(wěn)科公司的WK6500B型號的精密阻抗分析儀)，分別獲取2個已知電阻在測量頻段內(nèi)若干頻點的阻抗值分別記為Z_m1和Z_m2。

步驟二：按照本發(fā)明公開的測量配置，測量整個網(wǎng)絡(luò)的電磁散射矩陣

將2個相同型號的線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)的電網(wǎng)接口分別連接電網(wǎng)中的火線和零線，地線連接電網(wǎng)的安全地線，射頻測量接口連接矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀(如美國是德科技公司的E5080A型號的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀)的測量端口1和測量端口2。

連接已知電阻Z_m1到2個線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)的被試品接口之間。使用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測量規(guī)定頻段的電磁散射參數(shù)矩陣并保存記為S_m1，并使用文獻(“D.M.Pozar,Microwave engineering.John Wiley&Sons,2009”)給定的電磁傳輸矩陣及電磁散射矩陣之間的關(guān)系計算整個網(wǎng)絡(luò)的電磁傳輸矩陣的B參數(shù)和C參數(shù)，分別記為和

連接已知電阻Z_m2到2個線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)被試品接口之間，用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測量規(guī)定頻段的電磁散射參數(shù)矩陣并保存記為S_m2。并使用文獻(“D.M.Pozar,Microwave engineering.John Wiley&Sons,2009”)給定的電磁傳輸矩陣及電磁散射矩陣之間的關(guān)系計算整個網(wǎng)絡(luò)的電磁傳輸矩陣的B參數(shù)和C參數(shù)，記為和

步驟三：根據(jù)電磁散射矩陣，計算線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)的電磁傳輸矩陣

步驟301：使用微波分析方法計算等效網(wǎng)絡(luò)的電磁傳輸矩陣

根據(jù)微波理論的方法，步驟二中2個線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)的射頻測量接口之間的電路可以劃分為3個等效網(wǎng)絡(luò)N₁、N₂和N₃，三個網(wǎng)絡(luò)的電磁傳輸矩陣分別為A_NET1、A_NET2和A_NET3。其中，由于步驟二中使用的2個線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)為相同的型號，且已知電阻Z_m1或Z_m2到2個線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)的被試品接口的連接方式，保證了等效網(wǎng)絡(luò)1和等效網(wǎng)絡(luò)3(N₁和N₃)為鏡像對稱的網(wǎng)絡(luò)。因此兩個網(wǎng)絡(luò)的電磁傳輸矩陣中存在A₁＝D₃,B₁＝B₃,C₁＝C₃,D₁＝A₃的關(guān)系。當2個阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)被試品接口之間連接阻抗為Z_m1時的電阻時，網(wǎng)絡(luò)2的傳輸矩陣可以表示為：

則整個等效電路網(wǎng)絡(luò)的傳輸矩陣可以計算為：

步驟302：計算線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)的固有電磁參數(shù)矩陣

考慮傳輸矩陣的B參數(shù)和C參數(shù)，即：

步驟二分別連接了兩個已知阻抗值為Z_m1和Z_m2的電阻值，則可以按照式(3)列出方程組：

式子中和分別為連接Z_m1和Z_m2時整個系統(tǒng)傳輸矩陣的B參數(shù)，由步驟二獲得。使用(4)可以求得，網(wǎng)絡(luò)1(線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò))電磁傳輸矩陣的A參數(shù)為：

考慮到A₁的實部一般為正數(shù)，因此取其中實部為正數(shù)的值。求得A₁的取值后，可以求得網(wǎng)絡(luò)1電磁傳輸矩陣的B參數(shù)為：

同理，步驟二中，分別連接了兩個已知阻抗值為Z_m1和Z_m2的電阻，則可以按照式(3)列出方程組：

式子中和分別為連接Z_m1和Z_m2時整個系統(tǒng)傳輸矩陣的C參數(shù)，由步驟二獲得?？梢郧蟮镁W(wǎng)絡(luò)1(線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò))電磁傳輸矩陣的C參數(shù)為：

考慮到C₁的實部一般為正數(shù)，因此取其中實部為正數(shù)的值。求得C₁的取值后，可以求得網(wǎng)絡(luò)1電磁傳輸矩陣的D參數(shù)為：

由于電磁傳輸矩陣整個網(wǎng)絡(luò)1(即待測量的線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò))的電磁傳輸參數(shù)矩陣A_LISN的4個元素分別為A₁，B₁，C₁和D₁四個，即則可以使用式(5)、(6)、(8)和(9)的結(jié)果組合獲得整個網(wǎng)絡(luò)1(即待測量的線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò))的電磁傳輸參數(shù)矩陣A_LISN。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)點在于：

本發(fā)明公開了一種使用已知阻抗的電阻和矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，獲取線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)在工作狀態(tài)下電磁傳輸矩陣的方法。該發(fā)明主要使用電阻、阻抗分析儀和矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀進行測量，測量方法相對簡單，準確性較高，提高了測試的效率。另外，本發(fā)明可以在線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)連接電網(wǎng)時開展，測量結(jié)果的針對性更強，可以表征線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)的固有屬性，用于建?；蜉o助測試工作。

附圖說明

圖1為GJB-151B規(guī)定的線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)電路原理圖；

圖2為本發(fā)明方法實現(xiàn)流程圖，

圖3為本發(fā)明公開的校準配置方法示意圖；

圖4為校準配置等效電路圖；

圖5為R₁和R₂電阻在測量頻段內(nèi)的阻抗值(幅度)；

圖6為R₁和R₂電阻在測量頻段內(nèi)的阻抗值(相位)；

圖7為線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)實例的電磁傳輸矩陣圖(幅值)；

圖8為線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)實例的電磁傳輸矩陣圖(相位)。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實例對本發(fā)明進行進一步詳細說明。

以德國施瓦茨貝克公司的NBL8225型號的線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)(電路原理圖如圖1所示)為例，敘述本方法公開的詳細步驟。圖1中電阻、電容和電感的值都是由相應(yīng)的軍用標準(如國軍標GJB-151B《軍用設(shè)備和分系統(tǒng)電磁發(fā)射和敏感度要求與測量》)進行了明確的規(guī)定。線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)主要有3個接口，其中兩個分別連接電網(wǎng)和被試品，另外一個為同軸測量接口，用來連接測試儀器。

如圖2所示，本發(fā)明具體包括下列步驟：

步驟一：測量被試電阻在規(guī)定頻段內(nèi)的阻抗值

確定測量頻段(100kHz～30MHz)，并根據(jù)測量頻段，選擇額定電流大于待測線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)額定電流的2個電阻，這2個電阻的額定電阻值不同。

使用精密阻抗分析儀(如英國穩(wěn)科公司的WK6500B型號的精密阻抗分析儀)，分別獲取2個電阻在測量頻段內(nèi)若干頻點的阻抗值(如頻率f_i的阻抗值分別記為Z_m1(f_i)和Z_m2(f_i))，兩個電阻在整個頻段的阻抗值分別記為Z_m1和Z_m2。兩個電阻的阻抗幅值-頻率關(guān)系及相位-頻率關(guān)系見圖3和圖4。

步驟二：按照本發(fā)明公開的測量配置，測量整個網(wǎng)絡(luò)的電磁散射矩陣

本發(fā)明公開的配置方法參見圖5，有如下要點：

(1)2個相同型號的線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)(分別記為L₁和L₂)的電網(wǎng)接口分別連接電網(wǎng)中的火線及零線。

(2)線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)(L₁和L₂)的地線均連接電網(wǎng)的安全地線。

(3)線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)(L₁和L₂)的射頻測量端口，按照圖1的連接方法連接矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的測量端口1和測量端口2。

步驟201：測量連接電阻Z_m1時的電磁散射矩陣，并計算此時整個網(wǎng)絡(luò)電磁傳輸矩陣的B參數(shù)和C參數(shù)和

連接已知電阻Z_m1到2個線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)L₁和L₂的被試品接口Pe₁和Pe₂之間，如圖3所示。調(diào)節(jié)矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，測量規(guī)定頻段(100kHz～30MHz)的電磁散射參數(shù)矩陣，并將該矩陣在不同頻點的幅值和相位保存在計算機中，此時電磁散射矩陣記為S_m1，如式(10)所示。

使用文獻(“D.M.Pozar,Microwave engineering.John Wiley&Sons,2009”)給定的電磁傳輸矩陣及電磁散射矩陣之間的關(guān)系，即式(11)計算計算整個網(wǎng)絡(luò)的電磁傳輸矩陣的B參數(shù)和C參數(shù)，分別記為和

式中Z₀為矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測量端口的特征阻抗，本發(fā)明為50歐姆。

步驟202：測量連接電阻Z_m2時的電磁散射矩陣，并計算此時整個網(wǎng)絡(luò)電磁傳輸矩陣的B參數(shù)和C參數(shù)和

拆除步驟201中連接的電阻Z_m1，并連接已知電阻Z_m2到2個線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)L₁和L₂的被試品接口Pe₁和Pe₂之間，同樣如圖3所示。與步驟201類似用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測量規(guī)定頻段的電磁散射參數(shù)矩陣并保存記為S_m2。使用步驟201的方法計算整個網(wǎng)絡(luò)的電磁傳輸矩陣的B參數(shù)和C參數(shù)，記為和

步驟三：根據(jù)電磁散射矩陣，計算線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)的電磁傳輸矩陣

根據(jù)微波理論的方法，可以列出測量配置時的等效電路圖，如圖6所示。本步驟根據(jù)步驟二測量的電磁散射矩陣，計算線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)固有的電磁傳輸矩陣。

步驟301：計算等效網(wǎng)絡(luò)的電磁傳輸矩陣

在圖6中，測量配置的等效電路可以劃分為3個等效網(wǎng)絡(luò)N₁、N₂和N₃，三個網(wǎng)絡(luò)的傳輸矩陣分別為A_NET1、A_NET2和A_NET3，可以表示為：

其中，若校準時連接阻抗為Z_m的電阻時，網(wǎng)絡(luò)2的傳輸矩陣可以表示為：

則整個網(wǎng)絡(luò)的傳輸矩陣可以計算為：

由于網(wǎng)絡(luò)1和網(wǎng)絡(luò)3為鏡像對稱的網(wǎng)絡(luò)，因此A₁＝D₃,B₁＝B₃,C₁＝C₃,D₁＝A₃，則圖6中所示網(wǎng)絡(luò)的傳輸矩陣為：

步驟302：計算線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)的固有電磁參數(shù)矩陣

考慮式(15)傳輸矩陣的B參數(shù)和C參數(shù)，即：

步驟201和步驟202中，分別連接了兩個已知阻抗值為Z_m1和Z_m2的電阻值，則可以列出方程組：

式子中和分別為連接Z_m1和Z_m2時整個系統(tǒng)傳輸矩陣的B參數(shù)，可以求得，網(wǎng)絡(luò)1(線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò))電磁傳輸矩陣的A參數(shù)為：

考慮到A₁的實部一般為正數(shù)，因此取其中實部為正數(shù)的值。求得A₁的取值后，可以求得網(wǎng)絡(luò)1電磁傳輸矩陣的B參數(shù)為：

同理，步驟201和步驟202中，分別連接了兩個已知阻抗值為Z_m1和Z_m2的電阻值，則可以按照式(16)列出方程組：

式子中和分別為連接Z_m1和Z_m2時整個系統(tǒng)傳輸矩陣的C參數(shù)?？梢郧蟮?，網(wǎng)絡(luò)1(線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò))電磁傳輸矩陣的C參數(shù)為：

考慮到C₁的實部一般為正數(shù)，因此取其中實部為正數(shù)的值。求得C₁的取值后，可以求得網(wǎng)絡(luò)1電磁傳輸矩陣的D參數(shù)為：

式(18)、(19)、(21)和(22)的結(jié)果，可以構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)1即待測量的線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò))的電磁傳輸參數(shù)矩陣如圖7和圖8所示。圖7是待測量的線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)實例的電磁傳輸矩陣中各個元素的幅值-頻率圖，圖8是待測量的線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)實例的電磁傳輸矩陣中各個元素的相位-頻率圖。

提供以上實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)。