CN114113810B - 边界形变混响室空间电场统计均匀性测试方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种边界形变混响室空间电场统计均匀性测试方法及装置。所述方法包括：实时向所述边界形变混响室内发射设定频率的信号；所述边界形变混响室的屏蔽布实时发生形变；实时获取所述设定频率的反射信号的信号强度，构成强度集合；根据所述强度集合确定在所述设定频率下所述边界形变混响室的空间电场统计均匀性。本发明测量过程简单，对使用人员的专业性要求不高。
Description
技术领域
本发明涉及空间电场统计均匀性检测领域，特别是涉及一种边界形变混响室空间电场统计均匀性测试方法及装置。
背景技术
混响室作为一种可选的电磁兼容性测试平台，已被纳入多个国际国内标准组织。与电波暗室、开阔场等传统的电磁兼容性测试平台相比，在电磁环境模拟、测试效率、工程造价等方面混响室技术具有优势，是目前国际上的一个研究热点。通常意义上的混响室是使用金属材料构建一个密闭的矩形腔体，在腔体内部安装一个或多个机械搅拌器用以改变腔体内部的电磁波的边界条件，目的是产生空间统计均匀、各向同性、随机极化的电磁环境，也称为机械搅拌混响室。
机械搅拌式混响室一般建造在实验室或计量单位，用于科学研究或电子设备的电磁兼容通过性测试，在电子设备电磁环境效应评估、材料和腔体屏蔽效能测试等领域获得应用。然而对于一些需要现场测试的场景，如研发部门产品研制过程中的实时电磁测试、野外大型设备安装调试过程中的电磁环境效应即时评估等，机械搅拌式混响室不能满足要求。为此，现有技术提出了使用高性能屏蔽布构建混响室的方案，通过对混响室边界进行振动的方式获得混响室环境，称之为边界形变混响室。
空间电场统计均匀性是混响室的重要参数之一，参考IEC61000-4-21标准可知均匀性标准偏差满足3dB的要求即可认为混响室可用于电磁兼容性测试。但是因为边界形变混响室是一种新型的、正处于发展中的混响室技术，没有标准化的场均匀性测试方法。
目前学术界常用的边界形变混响室空间电场统计均匀性测试方法参考IEC61000-4-21标准中的机械搅拌混响室空间电场统计均匀性校准流程，可概括为：
构建边界形变混响室，将距离混响室边界2超过最低使用频率对应波长1/4的区域设置为混响室工作区域1如图1所示，在混响室工作区域1外部布置发射天线，辐射天线指向混响室的一个角落，接收天线3设置在工作区域，场强计4分别配置在工作区域的八个顶点上；混响室表面分别在每个频率下形变12次，每次形变分别记录工作区域8个顶点上的电场强度及每次形变时的输入功率。
数据处理流程如下：
(1)在每个频率下混响室表面形变12次，对于任意一个频率根据公式计算所述频率下的平均输入功率PInPut，式中，PInPut,n表示所述频率下第n次形变时的输入功率，n＝1，2，……，12。
(2)将所述频率下工作区域8个顶点处探头测量的最大电场强度分量(Exyz,x是x方向最大电场分量、Exyz,y是y方向最大电场分量和Exyz,z是z方向最大电场分量)共24个量值，对平均输入功率的平方根进行归一化处理得到归一化最大测量分量
(3)对所述频率将上述归一化最大测量分量分别进行平均得到平均化后的最大测量分量和/>
(4)对所述频率将上述归一化最大测量分量全部进行平均，即：
其中/>表示/>的集合。
(5)场均匀性测量标准偏差的计算
，
其中σx、σy和σz分别表示电场x、y和z轴分量的标准偏差，σ表示总的电场强度的标准偏差。
(6)标准偏差用dB表示：
(7)将标准偏差计算结果与3dB限值进行对照，如果混响室的场分量的标准偏差和总数据的标准偏差均满足小于3dB的场均匀性要求，则混响室满足空间电场统计均匀性要求。
这种测试方法存在的问题：
(1)、测试过程繁琐，需要大量数据才能判断混响室是否均匀。
(2)、机械搅拌混响室一般建在专业实验室或计量中心，建好后只需要开展一次校准即可，以后只有在改建或结构有大的变动才需要校准，而且测试需要相对比较专业知识，这些地方都是专业从事相关测试人员，经过培训和重复性训练后，可以掌握相关测试方法和数据处理方法，而边界形变混响室是一种快速构建、适应各种场合的混响室，可以随用随建，用后即拆，不占测量场地空间，因此用户经常会拆建边界形变混响室，由于每次建好后都需要测试均匀性，这就造成了大量的时间消耗，而且大部分使用这种混响室平台的人员并非专业从事混响室技术研究或测试的人员，他们只需要会使用这种平台开展辐射抗扰度、辐射发射、屏蔽效能测试等应用即可，没必要花费大量时间掌握混响室校准技术和数据处理方法，更没必要在使用前花费大量时间开展校准工作。因此，现在需要一种操作简单对专业性要求不高的边界形变混响室空间电场统计均匀性测试方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种边界形变混响室空间电场统计均匀性测试方法及装置，测量过程简单对使用人员的专业性要求不高。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种边界形变混响室空间电场统计均匀性测试方法，包括：
实时向边界形变混响室内发射设定频率的信号；所述边界形变混响室的屏蔽布实时发生形变；
实时获取反射信号的信号强度，构成强度集合；所述反射信号为发射的所述设定频率的信号经过所述边界形变混响室反射的信号；
根据所述强度集合确定在所述设定频率下所述边界形变混响室的空间电场统计均匀性。
可选的，所述根据所述强度集合确定在所述设定频率下所述边界形变混响室的空间电场统计均匀性，具体包括：
确定所述强度集合内最大信号强度与最小信号强度；
计算所述最大信号强度和最小信号强度的差得到所述强度集合的差值；
判断所述强度集合的差值是否大于设定阈值；
若是，则在所述设定频率下所述边界形变混响室的空间电场统计均匀性为均匀；
若否，则在所述设定频率下所述边界形变混响室的空间电场统计均匀性为不均匀。
可选的，所述设定阈值为25dB。
一种边界形变混响室空间电场统计均匀性测试装置，其特征在于，应用于上述所述的边界形变混响室空间电场统计均匀性测试方法，所述装置包括：控制模块、信号发生装置、信号发射装置、信号接收装置和形变装置；
所述控制模块分别与所述信号接收装置和所述形变装置连接；所述信号发生装置和所述信号发射装置连接；所述信号发射装置和所述信号接收装置设置在所述边界形变混响室内部；所述形变装置与所述边界形变混响室的边界连接；所述控制模块用于控制所述形变装置运动以使所述边界形变混响室的边界发生形变，所述信号发生装置用于产生发射信号，所述信号接收装置用于接收反射信号；所述反射信号为所述发射信号经所述边界形变混响室反射的信号，所述控制模块还用于根据所述反射信号的信号强度确定边界形变混响室空间电场统计均匀性。
可选的，所述边界形变混响室空间电场统计均匀性测试装置，还包括：分别与所述信号发生装置和所述信号发射装置连接的功率放大器。
可选的，所述边界形变混响室空间电场统计均匀性测试装置，还包括：分别与所述功率放大器和所述信号发射装置连接的定向耦合器。
可选的，所述边界形变混响室空间电场统计均匀性测试装置，还包括：分别与所述定向耦合器和所述控制模块连接的功率计。
可选的，所述边界形变混响室空间电场统计均匀性测试装置，还包括：分别与所述信号接收装置和所述控制模块连接的频谱分析仪。
可选的，所述形变装置为步进电机。
可选的，所述信号发生装置与所述控制模块连接。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明的边界形变混响室空间电场统计均匀性测试方法包括：实时向边界形变混响室内发射设定频率的信号；所述边界形变混响室的屏蔽布实时发生形变；实时获取反射信号的信号强度，构成强度集合；根据所述强度集合确定在所述设定频率下所述边界形变混响室的空间电场统计均匀性，测量过程简单对使用人员的专业性要求不高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有的边界形变混响室的工作区域结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种边界形变混响室空间电场统计均匀性测试方法的流程图；
图3为本发明实施例提供的一种边界形变混响室空间电场统计均匀性测试装置的结构框图。
符号说明：
1-混响室工作区域、2-混响室边界、3-接收天线、4-场强计、5-偶极子天线、6-参考接收天线、7-步进电机。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明实施例提供了一种边界形变混响室空间电场统计均匀性测试方法，如图2所示，所述方法包括：
步骤101：实时向边界形变混响室内发射设定频率的信号；所述边界形变混响室的屏蔽布实时发生形变。
步骤102：实时获取反射信号的信号强度，构成强度集合。所述反射信号为发射的所述设定频率的信号经过所述边界形变混响室反射的信号。
步骤103：根据所述强度集合确定在所述设定频率下所述边界形变混响室的空间电场统计均匀性。
在实际应用中，步骤103具体包括：
确定所述强度集合内最大信号强度与最小信号强度。
计算所述最大信号强度和最小信号强度的差得到所述强度集合的差值。
判断所述强度集合的差值是否大于设定阈值。
若是，则在所述设定频率下所述边界形变混响室的空间电场统计均匀性为均匀。
若否，则在所述设定频率下所述边界形变混响室的空间电场统计均匀性为不均匀。
在实际应用中，所述设定阈值为25dB。
本实施例还提供了一种应用于上述测试方法的边界形变混响室空间电场统计均匀性测试装置，如图3所示，所述装置包括：控制模块、信号发生装置、信号发射装置、信号接收装置和形变装置。
所述控制模块分别与所述信号接收装置和所述形变装置连接；所述信号发生装置和所述信号发射装置连接；所述信号发射装置和所述信号接收装置设置在所述边界形变混响室内部，信号发射装置设置在混响室内，辐射方向指向混响室的一个角落，信号接收装置设置在工作区域；所述形变装置与所述边界形变混响室的边界连接；所述控制模块用于控制所述形变装置运动以使所述边界形变混响室的屏蔽布发生形变，所述信号发生装置用于产生发射信号，所述信号接收装置用于接收反射信号；所述反射信号为所述发射信号经所述边界形变混响室反射的信号，所述控制模块还用于根据所述反射信号的信号强度确定边界形变混响室空间电场统计均匀性。
作为一种可选的实施方式，信号发射装置为偶极子天线5，信号接收装置为参考接收天线6。
作为一种可选的实施方式，边界形变混响室空间电场统计均匀性测试装置，还包括：分别与所述信号发生装置和所述信号发射装置连接的功率放大器，功率放大器对连续波信号进行放大，所述功率放大器可以为宽带功率放大器。
作为一种可选的实施方式，边界形变混响室空间电场统计均匀性测试装置，还包括：分别与所述功率放大器和所述信号发射装置连接的定向耦合器。
作为一种可选的实施方式，边界形变混响室空间电场统计均匀性测试装置，还包括：分别与所述定向耦合器和所述控制模块连接的功率计，定向耦合器上有外接端口，功率计通过定向耦合器上的外接端口与定向耦合器连接，功率计可以读出定向耦合器上向前传输的能量和反射回来的能量，向前传输的能量就是传输给发射天线的能量，功率计上的读数可以通过GBIP线传输给控制模块，功率计的读数可以监测整个***工作状态是否正常。例如，前向功率(向前传输的能量)突然变小，***可能工作异常，需要停止试验测量。反向功率(反射回来的能量)过大，说明反射信号太强，有可能损坏仪器设备)。
作为一种可选的实施方式，边界形变混响室空间电场统计均匀性测试装置，还包括：分别与所述信号接收装置和所述控制模块连接的频谱分析仪，信号接收装置将接收到的信号通过同轴线缆传输给频谱分析仪，频谱分析仪通过GPIB线与控制模块连接，控制模块可以读取和存储频谱分析仪上的数据。
作为一种可选的实施方式，所述形变装置为步进电机7，步进电机7通过连杆与屏蔽布连接。
作为一种可选的实施方式，所述信号发生装置与所述控制模块连接，控制模块控制信号发生装置产生所需的发射信号。
作为一种可选的实施方式，所述信号发生装置为射频和微波信号发生装置。
作为一种可选的实施方式，所述控制模块包括互相连接的控制电脑和控制器；所述控制电脑与所述信号发射装置、功率计和频谱分析仪连接，所述控制器与所述电源模块和所述形变装置连接。
本实施例提供的测试装置在进行测试时的操作过程如下：
1.搭建边界形变混响室，使用步进电机7控制混响室的一个表面沿表面法线方向做往复运动。
2.所有设备开机，预热，确保处于正常工作状态。
3.控制器控制步进电机7沿导轨做连续运动，使得混响室边界做连续形变。
4.控制电脑给信号发生装置设置一个工作频率f1，发射连续波信号(发射信号)给功率放大器，信号经功率放大器放大后经定向耦合器传输给发射天线(偶极子天线5)，发射天线将信号发射出去经过混响室内部反射形成反射信号，接收天线接收反射信号并传输给频谱分析仪，频谱分析仪将接收到的信号存储在控制电脑内(由于混响室边界形变，使得混响室内部电磁场的边界条件发生改变，所以频谱分析仪接收到的反射信号的信号强度在随时间加以变化，频谱分析仪接收到50个不同强度的信号并保存在控制电脑内，即完成了此频率下的测试)。
5.更换信号发生装置频率，重复步骤4的测试过程。
6.测试完毕，关闭测试设备。
7.数据处理：对于工作频率fi，接收到的信号强度分别为pi1、pi2……pi50，分别找到其最大接收信号强度pi,max和最小接收信号强度pi,min。然后计算ΔP＝pi,max-pi,min，如果ΔP大于25dB，则说明在工作频率fi下边界形变混响室的空间电场统计均匀性为均匀。
本发明还提供了一种采用上述方法进行均匀性测试的具体实施例：
使用铜镍纤维布构建了一个几何尺寸为2.5m×1.8m×1.5m的混响室，使用步进电机带动2.5m×1.8m的一个面沿其法线方向做往复运动，运动幅度为400mm，使用上述方法测试，数据和结果如表1：
表1
使用背景技术中的均匀性测试方法进行测试得到的结果如表2：
表2
从表1可以看出，200MHz时空间电场分布不均匀，600MHz和800MHz时场分布均匀。
采用背景技术中提及的测试方法，标准偏差小于3dB时空间电场分布是均匀的，大于3dB时不均匀。从表2中可以看出，200MHz时空间电场分布不均匀，600MHz和800MHz时场分布均匀。结果与本发明提出的方法一致，证明本发明提出的方法是正确的。
因为本发明测量过程简单所以能够提高测量速度并且对使用人员的专业性要求不高。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (8)
1.一种边界形变混响室空间电场统计均匀性测试方法，其特征在于，包括：
实时向边界形变混响室内发射设定频率的信号；所述边界形变混响室的屏蔽布实时发生形变；
实时获取反射信号的信号强度，构成强度集合；所述反射信号为发射的所述设定频率的信号经过所述边界形变混响室反射的信号；
根据所述强度集合确定在所述设定频率下所述边界形变混响室的空间电场统计均匀性；
所述根据所述强度集合确定在所述设定频率下所述边界形变混响室的空间电场统计均匀性，具体包括：
确定所述强度集合内最大信号强度与最小信号强度；
计算所述最大信号强度和所述最小信号强度的差得到所述强度集合的差值；
判断所述强度集合的差值是否大于设定阈值；所述设定阈值为25dB；
若是，则在所述设定频率下所述边界形变混响室的空间电场统计均匀性为均匀；
若否，则在所述设定频率下所述边界形变混响室的空间电场统计均匀性为不均匀。
2.一种边界形变混响室空间电场统计均匀性测试装置，其特征在于，应用于权利要求1所述的边界形变混响室空间电场统计均匀性测试方法，所述装置包括：控制模块、信号发生装置、信号发射装置、信号接收装置和形变装置；
所述控制模块分别与所述信号接收装置和所述形变装置连接；所述信号发生装置和所述信号发射装置连接；所述信号发射装置和所述信号接收装置设置在所述边界形变混响室内部；所述形变装置与所述边界形变混响室的边界连接；所述控制模块用于控制所述形变装置运动以使所述边界形变混响室的边界发生形变，所述信号发生装置用于产生发射信号，所述信号接收装置用于接收反射信号；所述反射信号为所述发射信号经所述边界形变混响室反射的信号，所述控制模块还用于根据所述反射信号的信号强度确定边界形变混响室空间电场统计均匀性；
根据所述反射信号的信号强度确定边界形变混响室空间电场统计均匀性具体包括：
确定强度集合内最大信号强度与最小信号强度；强度集合包括实时获取的反射信号的信号强度；
计算所述最大信号强度和所述最小信号强度的差得到所述强度集合的差值；
判断所述强度集合的差值是否大于设定阈值；
若是，则在所述设定频率下所述边界形变混响室的空间电场统计均匀性为均匀；
若否，则在所述设定频率下所述边界形变混响室的空间电场统计均匀性为不均匀。
3.根据权利要求2所述的一种边界形变混响室空间电场统计均匀性测试装置，其特征在于，还包括：分别与所述信号发生装置和所述信号发射装置连接的功率放大器。
4.根据权利要求3所述的一种边界形变混响室空间电场统计均匀性测试装置，其特征在于，还包括：分别与所述功率放大器和所述信号发射装置连接的定向耦合器。
5.根据权利要求4所述的一种边界形变混响室空间电场统计均匀性测试装置，其特征在于，还包括：分别与所述定向耦合器和所述控制模块连接的功率计。
6.根据权利要求2所述的一种边界形变混响室空间电场统计均匀性测试装置，其特征在于，还包括：分别与所述信号接收装置和所述控制模块连接的频谱分析仪。
7.根据权利要求2所述的一种边界形变混响室空间电场统计均匀性测试装置，其特征在于，所述形变装置为步进电机。
8.根据权利要求2所述的一种边界形变混响室空间电场统计均匀性测试装置，其特征在于，所述信号发生装置与所述控制模块连接。
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