CN106226606B - 一种通过改变辐射源工作频率研究电磁场探头微扰动性的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明一种通过改变辐射源工作频率研究电磁场探头微扰动性的方法：1：获取辐射源不同的工作频率下电磁场探头测试电磁场强度矩阵Fi；2：利用仿真软件对辐射源在观察平面Pz上的电磁场分布进行有探头情况下的仿真，获取有探头情况下仿真电磁场强度矩阵Fi eh1；3：对比矩阵Fi和Fi eh1，确定仿真模型。4：利用仿真软件对辐射源在观察平面Pz上的电磁场分布进行无探头情况下的仿真，获取无探头情况下仿真电磁场强度矩阵Fi eh0；5：对比矩阵Fi eh1和Fi eh0；两组电磁场强度对比的差值是对测试数据修正的重要依据。本发明得到的数据可对工程中电磁场探头测试数据进行修正，提高电磁场探头测试结果的可信度。保证仿真过程中建模的准确度。保证结果数据只受到辐射源的工作频率是否不同的影响。

Description

一种通过改变辐射源工作频率研究电磁场探头微扰动性的 方法
【技术领域】
本发明涉及一种对电磁场探头微扰动性研究的方法，尤其是指一种通过改变辐射源工作频率研究电磁场探头微扰动性的方法，具体来说是研究电磁场探头在应用过程中由于辐射源的工作频率不同进而产生不同的微扰动性。
【背景技术】
随着科学技术的飞速发展、大规模集成电路的广泛应用和电路的工作频率越来越高，电气设备中的每一个模块甚至每一段走线都可能是产生电磁干扰的源。电磁干扰不仅影响***的正常工作，而且在严重的情况下可能造成严重的事故。在***级电磁兼容设计过程中对指标进行验证的时常使用电磁场探头对被测设备辐射的电磁场强度进行测量。
传统上往往忽略了由于探头的金属结构而对被测设备辐射的电磁场分布造成扰动，探头测得的场分布并不是实际的场分布值，这是影响探头使用效果的重要因素。不同工作频率下的辐射源，在受到电磁场探头的扰动时电磁场分布发生的变化是不同的，在使用探头测试场强数据在误差允许范围内的扰动可以忽略，其他不能忽略扰动则需要对电磁场探头测得的数据进行修正。
【发明内容】
为了修正由于电磁场探头对被测设备电磁场分布产生的微扰而引起的测量偏差，本发明提出一种通过改变辐射源工作频率研究电磁场探头微扰动性的方法。
本发明的一种通过改变辐射源工作频率研究电磁场探头微扰动性的方法，其特征在于包括有以下步骤：
第一步：获取电磁场探头测试电磁场辐射强度矩阵Fi；
设置辐射源不同的工作频率，在观察平面Pz上随机选取M个观察点进行测量，测量得到电磁场辐射强度按照先后顺序用矩阵Fi(i＝1,2,…)表示，其中Fi表示辐射源在第i种工作频率下被探头测得的电磁场辐射强度矩阵，该矩阵有1×M个元素。
第二步：获取有探头情况下仿真电磁场辐射强度矩阵
利用仿真软件对辐射源在观察平面Pz上的电磁场分布进行有探头情况下的仿真，观察点的位置和选择顺序和第一步中观察点的位置和选择顺序是一致的，得到电磁场辐射强度矩阵其中上标eh1表示有探头情况下的仿真结果，下标i表示辐射源不同的工作频率，该矩阵有1×M个元素。
第三步：对比矩阵Fi和
通过对比Fi和进行判断仿真建模的拟合程度，确定仿真模型。
第四步：获取无探头情况下仿真电磁场辐射强度矩阵
利用仿真软件对辐射源在观察平面Pz上的电磁场分布进行无探头情况下的仿真，观察点的位置和选择顺序与第一步中观察点的位置和选择顺序是一致的，得到电磁场辐射强度矩阵其中上标eh0表示无探头情况下的仿真结果，下标i表示辐射源不同的工作频率，该矩阵有1×M个元素。
第五步：对比矩阵和
通过对比和可以得到辐射源在第i种工作频率下的电磁场分布由于电磁场探头的引入而产生的微扰，两组电磁场辐射强度对比的差值是对测试数据进行修正的重要依据。
综上，对于辐射源在不同的工作频率下探头引入的扰动是不同的，可能使得测试值比真实值偏大，可能使得测试值比真实值偏小。通过对比不同工作频率条件下的辐射源产生的电磁场分布微扰动，这是在实际工程应用中对探头测试数据进行修正的有力支撑。
本发明一种通过改变辐射源工作频率研究电磁场探头微扰动性的方法，其优点在于：
(1)传统中利用电磁场探头进行测试往往忽视了探头对辐射源的电磁场分布产生的微扰，使得测试数据和真实数据存在偏差，而这一偏差可能造成难以估计的后果。本发明提供了一种对探头的微扰动性进行研究的方法，得到的数据可以对工程中电磁场探头测试的数据进行修正，明显提高了电磁场探头测试结果的可信度。
(2)通过利用实测和仿真两组数据进行对比，保证了仿真过程中建模的准确度。利用有探头和无探头时的仿真结果进行对比满足科学控制变量法，保证了结果数据只受到辐射源的工作频率是否不同的影响。
【附图说明】
图1是电磁场探头测试辐射源电磁场分布的结构图。
图1A是仿真有探头情况下辐射源电磁场分布的结构图。
图1B是仿真无探头情况下辐射源电磁场分布的结构图。
图2是电场探头随工作频率不同引入的微扰。
图2A是磁场探头随工作频率不同引入的微扰。
图3是本发明研究电磁场微扰动性流程图。
【具体实施方式】
下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。
本发明一种通过改变辐射源工作频率研究电磁场探头微扰动性的方法，其具体应用的设备参见图1所示的电磁场分布测试平台，其中包括计算机、探头夹具、电磁场探头、辐射源和频谱分析仪。探头夹具用于夹持电磁场探头，保证电磁场探头测量辐射源场分布数据的精度和准确度。电磁场探头、频谱分析仪和计算机相连接，为的是保证***的正常工作。
1.电磁场探头用于获取辐射源的电磁场辐射强度分布信息。
2.频谱分析仪用于将探头获取的电磁场辐射强度信息进行显示和存储。
3.计算机用于处理和运算频谱分析仪所存储的电磁场辐射强度信息。
本发明一种通过改变辐射源工作频率研究电磁场探头微扰动性的方法，具体步骤如下：
第一步：获取电磁场探头测试电磁场辐射强度矩阵Fi；
在观察平面Pz上随机选取M个观察点进行测量，其中观察平面Pz是高于辐射源距离为z的平面。观察点位置坐标用(x,y,z)m表示，下标m(m＝1,2,…,M)表示观察点被测试的先后顺序。通过控制探头夹具使得探头位于不同的观察点进行测量，测量得到电磁场辐射强度按照先后顺序用矩阵Fi(i＝1,2,…)表示，其中Fi表示辐射源在第i种工作频率条件下被探头测得的电磁场辐射强度，该矩阵有1×M个元素。设置不同工作频率的辐射源对应不同的下标i，第一种工作频率的辐射源对应下标i＝1。
第二步：获取有探头情况下仿真电磁场辐射强度矩阵
参见图1A所示的有探头仿真结构，包括一个辐射源和一个电磁场探头。将电磁场探头按照第一步中的选择顺序和观察点(x,y,z)m进行设置，获取有探头情况观察点处的强场信息，得到矩阵对于不同工作频率的辐射源，对应不同的矩阵
第三步：对比矩阵Fi和
将第一步和第二步中得到的电磁场辐射强度矩阵按照下标i进行分组，相同下标的为一组进行对比，通过对比观察点的场强Fi和得到拟合程度，用表示拟合度，如果满足不等式表示建模正确，结果可信。反之则要重新建模仿真，重复第二步直至满足该不等式。其中Fi(n,1)表示矩阵Fi中的第n个元素，表示矩阵中的第n个元素，满足n＝1,2,…,M。全文中|·|表示对·取绝对值。
第四步：获取无探头情况下仿真电磁场辐射强度矩阵
参见图1B所示的无探头仿真结构，包括一个辐射源。其中建模模型与第二步中的模型是一致的。仿真无探头情况下观察点处(x,y,z)m的强场信息，得到矩阵对于不同工作频率下的辐射源，对应不同的矩阵
第五步：对比矩阵和
将第二步和第四步中得到的电磁场辐射强度矩阵按照下标i进行分组，相同下标的为一组进行对比。矩阵中的每一个元素都是由于探头的引入而造成的场分布的扰动，将Di记录存储，对电磁场探头在测试第i种类型的辐射源时对测试数据进行修正。
实施例
设置辐射源为50Ω微带线，辐射源功率均为1mW，在距离辐射源平面1mm处的观察平面随机选取3个观察点，其坐标分别为(-1,0,1)1、(0,0,1)2和(1,0,1)3。对应频率分别为0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6,0.7,0.8,0.9,1.0GHz，利用电场探头和磁场探头逐一测量电场强度和磁场强度，利用仿真软件对不同工作频率和有探头情况下进行仿真，对比拟合程度。利用仿真软件对不同工作频率和没有探头情况下进行仿真，在不同工作频率下的辐射源由于电磁场探头的引入而产生的微扰动，参见图2和图2A分别是不同工作频率下电场探头和磁场探头引入的微扰，其数值结果如表1所示。
表1微带线源在不同工作频率下与电场和磁场探头扰动的特性
根据数值结果可以看出不同工作频率情况下微带线源由于电场和磁场探头引入的微扰程度是不同的，并且随着频率的变化满足一定的规律，实际应用中要针对不同的探头进行响应的修正。

Claims (1)

1.一种通过改变辐射源工作频率研究电磁场探头微扰动性的方法，其特征在于：该方法包括有以下步骤：
第一步：获取电磁场探头测试电磁场辐射强度矩阵Fi：
设置辐射源不同的工作频率，在观察平面Pz上随机选取M个观察点进行测量，测量得到电磁场辐射强度按照先后顺序用矩阵Fi表示，i＝1,2,…，其中Fi表示辐射源在第i种工作频率下被探头测得的电磁场辐射强度矩阵，该矩阵有1×M个元素；
第二步：获取有探头情况下仿真电磁场辐射强度矩阵Fi eh1：
利用仿真软件对辐射源在观察平面Pz上的电磁场分布进行有探头情况下的仿真，观察点的位置和选择顺序与第一步中观察点的位置和选择顺序是一致的，得到电磁场辐射强度矩阵Fi eh1，其中上标eh1表示有探头情况下的仿真结果，下标i表示辐射源不同的工作频率，该矩阵有1×M个元素；
第三步：对比矩阵Fi和Fi eh1：
通过对比Fi和Fi eh1进行判断仿真建模的拟合程度，确定仿真模型；
第四步：获取无探头情况下仿真电磁场辐射强度矩阵Fi eh0：
利用仿真软件对辐射源在观察平面Pz上的电磁场分布进行无探头情况下的仿真，观察点的位置和选择顺序与第一步中观察点的位置和选择顺序是一致的，得到电磁场辐射强度矩阵Fi eh0，其中上标eh0表示无探头情况下的仿真结果，下标i表示辐射源不同的工作频率，该矩阵有1×M个元素；
第五步：对比矩阵Fi eh1和Fi eh0：
通过对比Fi eh1和Fi eh0可以得到辐射源在第i种工作频率下的电磁场分布由于电磁场探头的引入而产生的微扰，两组电磁场辐射强度对比的差值是对测试数据进行修正的重要依据。
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