（电磁场与微波技术专业论文）射频场感应的传导骚扰抗扰度测试方法的研究.pdf

o j ! i 肼宄牛常似呛正 摘要 | i 常俸活小，尢处f ：在的f l = l 予、电气设备存在这符利一连接电缆，这些i u 缆仃可 能神：外界l u 磁场的作川卜产生感应电压( 电流) ，对设备l f 常丁作造成危。薄。 身l 颇场感应的传导骚扰抗扰艘测试足通过施t ! f | 一定l ”r 的模拟骚扰信，到受试 l “缆f ：，以此检验受试设备对此类干扰的免疫能力。在陔项测试i | l i h 十系统的1 i i 川 斫j 封，也插l 乜缆的尺、j 。_ ；f j j 岛搜、受试设备、辅助敬签以及注入方的小川，对测试的 j e 有很大的影响。 为了研究这些因素对骚扰信号作用于受试设备究竟有多大的影响，为实际的测 试工作提供指导。本文首先对传输线以及外界电磁场对传输线的干扰进行了理论分 析，根据射频场感应的传导骚扰抗扰度测试相关要求，画出了该测试系统的等效模型， 并对受试电缆、受试设备和辅助设备的共模阻抗进行了计算。此外，根据测试中采用 的三种不同的骚扰信号注入方式( 糕合去耦网络、电流注入钳和电磁钳) 的结构特点 分别进行了阐述，并对三种注入方式优缺点进行了比较。通过实际的测试，分别对耦 合去耦网络、电流注入钳注入，研究在受试电缆的不同的长度、电缆距离金属接地平 面不同的高度，以及受试设备和辅助设备共模阻抗因素等对骚扰信号作用子受试设备 产生的影响，希望通过试验数据来获得相关的修正结果，对测试方法进行修正。 同时，在文中还探讨测试的不确定度计算的理论并对射频场感应的传导骚扰抗 扰度测试进行了具体的计算，对当前在电磁兼容测试中对抗扰度的不确定度评定方法 阐述了自己的看法。 此外，针对标准中采用施加电压对设备进行抗扰度检验方法的不合理性，提出 了施加规定电流来进行测试韵改进想法。 【关键词】 骚扰敏感度祸合七猫蚓络电流注入钳i 包磁钳芡模附l 抗受试改备辅助哎备 鼐1 “j 06 31 j i f l ! j ! j i l j f 宄，h 学似沦 a b s t r a c t e l e c t r o n i ca n de l e c t r i cd e v i c e su s e dw i d e l yi no u re v e r y d a yl i f eh a v ea k i n d s o fc o n n e c t i n gc a b l e s t h e s ec a b l e sm a yb r i n ga b o u ta ni n d u c t i v ev o l t a g e ( c u r r e n t ) l e v e lu n d e rt h ei n f l u e n c eo fe l e c t r o m a g n e t i cf i e l da r o u n da n dm a yd od a m a g et o t h ed e v i c e s n o r m a lw o r k t h et e s to fi m m u n i l yt oc o n d u c t e dd i s t u r b a n c ei n d u c t e db yr a d i o - f r e q u e n c y f i e l di st oi n j e c tac e r t a i nd e g r e e ss i m u l a t i v es i g n a li n t ot h ec a b l eu n d e rt e s t ，s oa s t oc h e c kt h ed e v i c e si m m u n i t ya b i l i t yf r o mt h i sk i n do fd i s t u r b a n c e i nt h i sl e s t ， v a r i o u sc o n f i g u r e i n c l u d ed i m e n s i o na n dh e i g h to ft h ec a b l e ，、d e v i c eu n d e rt e s t 、 a u x i l i a r ye q u i p m e n ta n dm a n n e ro ft h ei n j e c t i o n ，h a sg r e a ti n f l u e n c et ot h e t e s t i no r d e rt oi n v e s t i g a t eh o wb i gt h ei n f l u e n c ea b o u tt h e s ef a c t o r si so nt h ee u t b yt h ed i s t u r b a n c es i g n a l a n dt om a k ea ni n s t r u c t i o nf o rr e a lt e s t t h i sp a p e r a n a l y s e s t h et h e o r yo ft r a n s m i s s i o nl i n ea n di t sd i s t u r b a n c ef r o mo u t e r e l e c t r o m a g n e t i cf i e l d ，a n dg i v et h es y s t e me q u i v a l e n tm o d e la c c o r d i n gt ot h e r e q u i r eo ft h et e s t t h ec o m m o n - m o d ei m p e d a n c e sf o rt h ec a b l eu n d e rt e s t 、e u t a n da ei sa l s oc a l c u l a t e d f u r t h e r , s t r u c t u r e 、c h a r a c t e r i s t i co ft h r e ei n j e c t i o n t r a n s d u c e r s ( c o u p l i n g d e c o u p l i n gn e t w o r k 、c u r r e n t i n j e c t i o np r o b ea n d e m - c l a m p ) a r ed o n e i ts t u d i e st h ei n f l u e n c eb yt h el e n g t ho fc a b l eu n d e rt e s t 、 h e i g h ta b o v et h em e t a lg r o u n dp a n e l 、e u ta n da et h r o u g ht e s t ac o r r e c t i o na b o u t t h et e s tc a nb ea d v i s e df o r mt h i st e s tr e s u l tf o rt h ef i r s tt w om a n n e r s a tt h es a m et i m e ，t h e o r yo fu n c e r t a i n t ya s s e s sa n do p i n i o na b o u tt h ei m m u n i l y t e s tf o re m ca r eg i v e na n dr e a lc a l c u l a t i o nf o rt h et e s to fc o n d u c t e dd i s t u r b a n c e i n d u c t e db yr a d i o - f r e q u e n c yf i e l di sd o n ei nt h i sp a p e r , f u r t h e r m o r e ，i d e aa b o u tt h ei m m u n i l yt e s tu s i n gac e r t a i nc u r r e n tl e v e la sa s u b s t i t u t i o nf o rav o l t a g ei n j e c t e di n t ot h ee q u i p m e n ti sa d v i s e d 【k e y l o r d s d i s t u r b a n c ei m m u n i t y ：c o u p l i n g d e c o u p l i n gn e t w o r k ( c d n ) ；c u r r e n ti n j e c t i o n p r o b e ；e m c l a m p ；c o m m o n m o d ei m p e d a n c e ；d e v i c eu n d e rt e s t ( e u t ) ，a u x i l i a r y e q u i p m e n t ( a e ) 第2 贞j e6 3 贝 删j 肼亢小z 似i 仑史 射频场感应的传导骚扰抗扰度测试方法的研究 第一章概述 1 1 前言 随荇箨种il l 了、i i _ l 气设笛及通信产l i 的广泛使j h 人类神i 卒受剑择种- 血科技技术 带给人类的便利的j 州时，t 乜磁环境的也在进一步恶化，越来越多的i u 磁败容n d 题闻扰 着、严重制约着人们的生产和生活，如何解决这些电磁兼容闷题就成为一个非常重要 的研究课题。 作为一rj 新兴的学科，电磁兼容的定义有很多种，多少有所差别。在硝应的国家 标准及国家军用标准中都有明确的规定，其定义为“设备或系统在其电磁环境中能正 常工作且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰能力”。 电磁兼容描述的包含两个方面，一是抗干扰能力，是各种电气、电子设备及其周 围的电磁环境受到来自其他外部设备的影响。这些外部设备包括移动或者固定的发射 机，发射机通常能够产生比较强的电磁发射，对周围的设备工作环境造成危害。举例 来说，比如蜂窝电话，掌上电脑、广播发射机以及其他工业的发射设备等等。设备在 这种复杂的电磁环境里必须具有相应的免疫能力，预防对设备正常的工作状态产生影 响。二是骚扰发射抑制，即设备工作时应抑制无用信号对外发射，防止对周围其他设 备正常工作造成干扰。设备产生的骚扰不麓超过某一电平，在此电平下，包括无线电、 电信设备及其他的一般性设备，都能按其本身的功能正常运行而不受扰。 为了解决日益严重的电磁兼容问题，欧盟、德、美、日等发达国家在2 0 实际9 0 年代建立了电磁兼容标准的强制性执行及电磁兼容认证工作，各种电子产品只有通过 了电磁兼容测试以后方可进入流通渠道并使用。在我国，随着我国加入w t o 的步伐， 越来越多的电子电气产品会走向了世界。为了增加我国在国际中的竞争能力，同时也 为了净化我国的电磁环境的需要，借鉴国际经验、与国际接轨，及时地在我国开展 f i 毗认证下作显得尤为重要。 n 川界i ，i ：多阳家，电磁兼容认证测试要求是l 分f “格的，评判受试设备的合格j 否决定荇浚改备能否顺利通过午1 关测试井欹得销售许：可f ：投入实f _ j 的天键。拍獭4 试过 程i - 的准确性要求就非常高蜘 似减少人为和j e 他各种闲素对测试结果的影响，如实 弧5 炙其6 3 贞 埘i | ： ：| j f 咒，l ：7 ；。他 仑业 反i i 央设备的性能足一个需要认真研究的6 d 题。 1 2 电磁兼容测试简介 i u 磁脓择( e m c ) 测试黄彻柏：产l f - 的改汁、丌发、牛产、使用年维护的糕个州 蛳，订：p f 估砹备楚台达剑f 包磁膝窬要求庭劁非常重要的作 j 。电磁兼容测试按照j e 测 试几的可以分为诊断测试利达标测试。，诊断测试的日的足训查设备产乍i 乜磁兼容问题 的原i 太l ，确定产乍噪声；_ f | l 射频发射以及被t 扰的j l 体 i l f 位，从i 面采取牛1 i 心的措施j ：! 上行 改进或者防护。达标测试足根据仃荚电磁蔽容标准规定的方法对设备进行测试评估 其是否达到标准提h ；的要求，作为产品的定型和进而市场的通行证。 根据i u 磁兼容的定义，电磁兼容测试主要包括电磁骚扰发射( e m i ) 和设备的敏感 度测试( e m s ) 两大部分。 电磁骚扰发射( e m i ) 包括辐射发射和传导发射测试，测量的是受试设备( e u t ) 通过 空间传播的骚扰或者设备通过电源线或者信号线向外发射的骚扰。根据传导骚扰发射 的性质，它又可以分为连续骚扰电压测量、骚扰功率测量、断续骚扰喀呖声测量、谐 波电流测量和电压波动和闪烁测量。 设备的抗扰度测试又称为设备的敏感度测试( e m s ) ，目的是检验设备承受各种电 磁骚扰的能力。针对骚扰的不同性质、不同传播途径和方式，可以分为辐射电磁场抗 扰度测试、射频场感应的传导骚扰抗扰度测试、静电放电抗扰度测试、电快速瞬变脉 冲群抗扰度、浪涌( 冲击) 抗扰度、振铃波浪涌抗扰度、电压赞降、短时中断和电压变 化的抗扰度以及工频磁场和脉冲磁场抗扰度测试。 1 3 研究背景 在我们的实际生活中，使用着各种电气、电子及通信产品，这些设备使用各种类 型连接电缆，这些电缆，如电源线、通信线及接1 3 电缆等极有可能成为无源的接收天 线网络，容易在外界电磁场的作用f 产生感应电压( 或宅流) ，作用于设备易敏感的 部分，对设备的证常t 作产生不良影响。 为r 检验设备对此类骚扰的免疫能力，n ：l u 磁腺容认h e 测试巾就需要进行射频场 感应的传导骚扰抗扰度测试。该项测试是神：价蔽寮巾。受试设备在骚扰源的作用卜- 形 成i u 磁场米模拟水实际t 作条件卜i u 场嗣l 磁场的骚扰，监视受试设备在此环境卜的t 第6 页砖6 3 受 l ；f lj m 咒小7 t f t i 仑殳 作状念，检验受试设备的抵御能力 _ i 定，钥i 射频场感心的传导骚扰抗扰废测试t j f 也仃神；符一些n o 题。裰拄i ：受试设 备的小i 川，搜备之问的连接l 乜缆的类型、长度人小也1 ij 摹十i i l 司，以：测试配簧也会仃所 恙钟。，m 然神i 啊 笑标准巾定义r 测试r 没备的摆放、i b 缆的跃_ l _ 史：、如_ 连接等要求， 们足和实际测试，1 1 4 i 一定部能严格满足i ：述爱求，i i j 几 l l 磁旋容测试足一个年1 l ”1 复 杂的过程，些少测试斫j 簧的改变部可能会时测试结采产化很人的影响。一设备打i 施加年| f h 骚扰信0 时对受试的影响可能会4 i 一样也就j 竹行神0 诞人的偶然性。i n n ， 类似的抗扰度测试吞起来部很简单，对此的研究丰l i 对也比较少。n ：实际的射频场感应 的传导骚扰抗扰度测工作中希望r 解在受试i 乜缆的k 度变化、高度变化以及其他因 素改变的时候，骚扰信号对受试设备的影响变化有多大，以便在射频场感应的传导骚 扰抗抗度测试进行得更加准确，达到预想的效果。因此，有必要对影响测试结粜的系 统的置进行详细的研究，分析那些因素对测试结果如何影响且有多大，对测试布嚣进 行修正以图找到最佳的测试方案。 1 4 研究内容 本文主要是对当前普遍实行的射频场感应的传导骚扰抗扰度方法进行深入分析， 对耦合去耦网络( c d n ) 注入、电流铂注入和电磁锚注入三种不同的骚扰信号施加方 式，分别分析并通过实验来研究测试系统布置，包括受试电缆、受试设备以及其他辅 助设备因素对测试结果的影响，同时提出改进修正建议，对今后的实际测试工作具有 积极的指导意义。 此外，现在对电磁兼容抗扰度不确定度计算也是一个比较难的问题，有诸多不同 的版本，对此也提出了自己的见解。 第7 灭儿6 3 爽 顺f f 晰宽乍学他沧空 第二章测试理论基础 2 1 传输线理论 2 i ，1 传输线理论基础 没施加仡传输线f ：的哇三i i 、j t ! n , 7 , jl i ：恢交流f 也j f j f 乜流和， x7 , j g t 离激励源 的某一点，如卜斟所示： x：d x ： l 咛f h 一 | t i l l z ， 圈2 1 传输线 其中r ，k ，c ，g 为传输线的一次参数，z ，为从x 点看进去的阻抗，z 为端接 负载，那么可以写出如下方程： f u ，一p ，+ d u ，) = ，c r + j c o l ) 口k 【，一o ，+ d l ，) = 以( g + - ，笳边 则有 l 一警吐( m 础) 2l 一冬：虬( g + j a , c ) 2 。2 对4 1 式进行求导并把4 2 式代入，整理可得 j d z - ( , = + ，砒 ( 一等 = 似+ ，砒x g + ，葩儿：王：丝 式l i i z = ( r + - ，砒) 足单何线k 的取【钒，y = ( ( j + ，以) 足单化线k 的导纳 第8 爽8 3 贝 1 0 f li 研究，i - 譬f 讧沦殳 y = 万= 、( 万f 鬲功而了五习= 睇+ 伊为传播常数口，分自i 为旋减常数年村i 移 誉数。 解l ：述方程得到其通解为： l i 。= a e 一”+ 8 e ” 2 3 d l i 卜焉= 掣 。互l 。( a e - , _ b e r ) 其中乃为传输线的特性阻抗。 fu o = a + b ，。：士。一b ) l厶c 0 e 一一b e 一) 2 4 则有 a = 丢帆“乙)b = 弘o - l o z 。) 代回原方程可得 u ，= u o + l o z cp 一4 + u o - l o z c 22 儿u 。( 华卜乙( 竿 同理 l = 去o e 一4 ) = 厶砌肄+ 孥曲 因此可以得到任一点x 看进去的阻抗 z l=u-iz|_r=uocchh?x。-挚losh?xlos h t , x 一 。 c h 耳+ 孚 2 1 2 在一端激励的传输线方程 1 、川始端i u f i l k v o 和电流，。表示 剪9 乳 6 3f j 硕j ：研究t - z 他沧史 嫂x = o 分别代入2 3 用l2 4 ，可褂： if ，0 = 爿+ 付 ，) = 去( 肛厅) 闪此，a = 些立益b = 旦止五，代刚2 3 式掰 “。= 半e = 【 o c h 社一i o z 。s h ? x 2 5 同理可得 = 去o e 一一臃”) = ，。如一孥曲芦 2 6 2 、用始端电压电压和电流，表示 当x = l 时，代入2 3 和24 式，可得： 因此，a ：竺生互。 1 u x = a e 一”+ b e ” r ( ，+ i t z 。 l 2 b = p 叫+ 严 u l i | z ： 0 e 一”代回2 3 式得到 丝乙吨一 2 j = ( 型产卜乙( 坐) = u ，c h r ( 1 一j ) + l x z ，s h r ( 1 一) 淝- i l c h y ( 1 - x ) + 艺s h y q l 六f 此，任一，_ x 处的脚【抗可以求 2 7 2 8 第竹页共6 3 贞 半 峨 + 一 一 p 0 i ， ， 倾l + 研宄乍学化论文 弘等2 蜊i i c h y ( 等l 兹掣 r x ) + 一 r ( ，一z ) i i z ，c h r ( 1 一) + i i z 。 ，( ，一) l l c h r ( ，- x ) + | 争h 确一x 1 z j = h y ( - x ) + 。h y q l ，( r c ，( - x ) + 考一 y ( ，一) = z 。百z , + 历z a 孑r 网q - j ) 2 9 6 。z 。+ z ，f j i i ，( ，一j ) 因此，z 。= 乏乏z , j + 乏z j 万h 而r q - x ) 2 1 。 3 、始端具有电压、电源内阻及负载阻抗激励表示 在这里，讨论始端具有电压、电源内阻及负载阻抗情况下的传输线方程，如下图 所示： z 一一一l z ， h j 【- - - _ ，d i i ； i l ! z ， 图2 2 存在电源内阻及负载的始端激励传输线 根扒26 式可以j f | ： 。吣瓦u o 椰吐c 时警蛳 第”贞j e6 3 贝 u 广 q , j j 蝌究小节化沦虹 斗肄一刳= 格卜号z a j l 把2 1 0 式代入i 式， f ：檠评，可以得纠卜i 衙结果 t ；文j , z c & r ( 1 - x ) + z = s h r ( 1 - x ) = 鲁【z c 幽y ( ，一工) + z 2 晰( ，一堋 其中d = ( z ：+ z ：) z 。幽f + ( z z ：+ z 。2 如 因此 邶，= 鲁附肛枇：刚坤。篙籍糍 = 等f z ：咧h ) + z c , h r q 一瑚 2 1 3 在线路中间激励的传输线方程 下面讨论在传输线中间某点存在激励源的传输线方程： z 菱 乙 却习引甲乙 e 二1 2 1i l i j _ + ， 图23 传输线一i - m 菜点存在激励源的传输线 根= 执| ：f ：而的分析，可以川 ： 第1 2 贝j 6 3 _ ! f ( 露 轰 f叫 坝f 研究隹善他沧史 z 牛= z c 以肄，+ 一) z = 二。，( ，一j 。) + n 。) 其中仇= a r c h t h ( l z z ，i ) n ：t h 蔓 。 z 。 一百丽i i 而砑f 碉 f ，c h ( g ，+ ”，弦矗p p x ；) + n ：】 z 。幽( + 疗l + 胛2 ) 当x 工时： u ，= ，z 右c h y ( x - j 1 ) 一，。z 。s h y ( x 一1 ) = 型篆筹凼 z c 啪1 h ：m 一) - z 。s h y h ) =渊曲p(1，一工)-pn 。疗：】 = 7 _ 一v n l y 一r j 月1 曲+ 胛l + 2 ) ” 7“ 。 肛柚一等矾_ ) =!竺宅!三；掣【cyg一工。)一肪p(，一j。)+打：矗矗，(r一工。)】 =z二。鹅sh(zu4-c陟(，一j)+疗：】丹l + 以2 ) ”。7。 当x 工时： u ，= ， z 左c h r ( x i j ) 一， z 。j h r ( x l 一工) 竺粤熹唑掣f z f 肪如一，) c h r “一x ) - z j h y o z 。砌+ 啊+ 胛2 ) t ，一f v 1 1p “ p 第1 3 盯j e6 31 f ( o 万 阿 一z 扣l = 似 ， 一，坐饥 一一厅p 一+ p 一 剑川 一 颂f ：i i j f 宠乍学位沦史 。，挑叫一等嘶，叫 ：竖墼差墼掣劬，“一j ) - t h ( y x m 。，厶一) 2 石砺i 了r 纠u 1 ”m v 。肛 =渊,。lfll陟l(，一)+”：j = 7 1y i i j - 十n ，l 砌( + 疗l + ，7 2j ”、 1 2 2 电缆及设备的传输线等效理论 2 2 1 共模骚扰模型 共模骚扰足与信号本身方向相同的外加骚扰，在日常生活中，最具有代表性的是 骚扰场在电缆或者回路中产生骚扰电压并进而形成骚扰电路，对设备产生不良的影 响。 传导电流 如右图所示，悬浮在空问上的 电缆，与地面完全没有接触。如果 在空间内存在与导线方向非垂直的 电场或者非平行的磁场，则会在电 缆上产生感应开路电压，当电缆的 长度远远小于骚扰场的波长时有： u = xe d i = e l 导线电容 移电流 图2 4 单导线骚扰模型 式中，为电缆受骚扰的长度( m ) ，e 为骚扰电磁场的强度。 要形成骚扰回路，必需形成闭合的回路。如上图所示，此回路存在于电缆本身电 容间，此时形成的电流为位移电流，形成的回路所包围的面积为其受到骚扰的等效面 积。 对于射频场感应的传导骚扰抗扰度测试，其等效模型则是在电缆两端端接受试设 备( e u t ) 和卡h 关的辅助设备( a e ) ，通过设备的对地电容，形成共模骚扰回路， 如图25 所示： 顾j j 研究慢掌佗沧史 +士 劁2 5 非 接也连接叫蹄骚扰模型 通过电缆两端连接受试设备，等效【山路而j 1 的增_ i i l ，使得骚扰感j 嘲佝骚扰l l i 增 人。，m 然j 接地、| ，而没f f 气接的通路，_ i 足通过发备的对地i u 容，j ：n 设备对地l 【i 弈 较火的情况卜，拍：频率较高的情况卜产生较人的共模也流，对敏感设备_ 手l i 信哆产7 l 三影 响。 2 2 2 外界电磁场对传输线的干扰 对于传输线在外界电磁场的作用下产生多大的共模电流，对于平行于大地或者近 似平行大地的传输线，可以采用镜像的方法进行计算。计算时单线沿线的共模电流可 以通过把导线及其地面镜像构成的双线传输线来求得。 当电缆如果由导线束构成时，内导线之间的距离远小于电缆距离地面的高度，才 可以采用这种镜像理论进行计算。此时，把电缆内的全部导线看成一根单线，其直径 近似等于整个电缆的直径，并且假定在电缆内各导线内共模电流是平均分配的。 对如下图所示的单线： 7 l 由z l 2 ? 白z 2 ，： 1 卜卅 一 i 1 a 、单线实体 弘牛 。一e v + _ 兰l + a 、镜像图 图2 。6 架空单线及其镜像等效 对架空的订耗坝耗传输线来说，其l 【i 流分斫i 为： 第1 5 酊冀6 3 贞 坝i ：“胙究7 i ：f 廿沦业 ，( ：。，棚) = 三韭塑丛生= 。鼍窆莠：z 兰! 互g 二尘j ：12 髟( ：，甜) 【z 。曲声+ z i 砌芦k + z o c h 芦l + z j s h ? z z o d f2 髟( ：，珊) 【乙c 抽，( ，一= ) + z 2 x h y ( i 一：肛+ 7 o c h ，( ，：) + z 2 s 厅y ( f 一：1 ) 】r “盯o 0 ，国陋一吾防。曲f 。+ z 如声，j oh k b ，珊协 式叫1z o 为等效双传输线的特性阻抗： x ( - ，甜) = e ( 2 ，：，甜) 一f ( o ，二，脚) ；d = ( z 。z + z o z ：) c h f l + k2 + z z ： 矗 其中e ( 2 h ，：，) 为导线在z 方向上的入射场，e ( o ，：，印) 为镜像导线在z 方向上的 入射场， e g ，0 ，国) 为左侧端上在x 方向上的入射场，e ( x ，l ，国) 为右侧在x 方向上的 入射场。y 为等效传输线的传播常数。 把：= 0 和二= ，分别代入上面方程，即可求得在两端负载上的负载电流。 ，( 0 ，) = 吾j ：髟( ：，国) 【z o 砌，o 一：) + z ：砌，( ，一：) 怔+ 吾【z 0 曲+ z 2 s h f l i ：a e g ，o ，国皿 一鲁r h e 皿 ，( ，) = 吾j ：足g ，犯。砌+ z j 妇k + 2 矿z or h e g ，o ，国皿 一面2 z o c h f l + z ，s h f l i ：* e 皿 近而求出实际两端终端的电压为 矿( 0 ，国) = ，( o ，国) 了z i ；y ( ，珊) = ，( ，) 手 2 2 3 受试电缆 在射频场感应的传导骚扰测试中，需要建立一个共模阻抗为1 5 0q 的测试系统。 受试设备( e u t ) 和注入设备( 耦合去耦网络( e d n ) 、i ；l _ i 流注入钳或电磁钳) 之问的连接 i 乜缆，可以 j 终端旺配的传输线的苁模阿【抗米描述，传输线的k 度等十连接i 【i 缆的长 度或存足e u t 端口到l 乜磁钳边缘的距离，它的共模阻抗z o 。j 它的有效尺、r 以及i 乜缆 距离金属搂地面的r 断度仃笑。 第1 61 f ( 足6 3 贝 坝j 研究乍忙沧丈 为： l “于受试i u 缆足悬浮在盒属接地、f 面一i ：，通过镜像坪 论，等效为分析受试电缆与镜像也缆构成的距离为2 h 的 双平行传输线。侄左图巾，h 为受试电缆距离地而的高度， d 为电缆的直径大小。 从静电场的也位出发，可以锝剑双- 、r 行姗牲传输线的 乃嚣 i j = l = 足门理想的情况下的计算公式，在考虑了，传输线的表面电荷的非均匀分布 情况下，可以得到： 多降网 由于传输线的特性阻抗z 02 滕，式中艮l ，g c 为传输线的一次 参数。在频率比较高的情况下，r ，g 远远小于础，n c 情况下，z 。可以近似等 于、偿，呈现出存实数阻抗。 根据电磁场理论中的关系式三c = 掣，并且由于在空气中占= e 。，= a o f 弋* 弘等 q 把上面计算得到的双圆柱平行传输线之间的电容代入，可以求得其特性阻抗 铲3 7 7 l n f 2 h + 网划o l n2 h + 网 i 大i 此，可以褂剑受试i i l 缆的对地共模5 j 【抗为： 知z o 6 0 1 n i2 h2 d + 厨d v i 第仃孵j e6 3 j 颂i 。研究，t - 学位沧殳 一般i f uj ，人部分的测试i 乜缆的仃效 径为4 m m 剑1 2 m m 之间岗此，可以计 算z o 的人概范r i ；i 。 公- ! l = i d 为l 乜缆的 衽大小，h 为i u 缆距离金属接地而的高度。 l u 缆 径m m _l 12 i 每度m m3 05 03 05 03 05 0 z o 芪模目【抗n2 0 4 o2 3 4 7 1 6 2 21 9 3 o1 3 7 51 6 8 6 从上而可以看j l ：j ，i 乜缆的其模e u 抗基本往1 4 0 q 2 2 0 q 之问。 对受试l b 缆作为传输线来进行分析，当采用不同的注入方式，相当于f i 同的源激 励方式，当采用耦合去耦网络注入方式时，相当于在源端激励的形式。当采用钳注入 时则基本村f ! 十在中问激励的形式，在上面的章节里已经对传输线激励的相关理论进 行了阐述。 2 2 3 端接设备 由于受试电缆是连接在受试设备( e u t ) 币u 辅助设备( a e ) 上的，这些设备可用他们 从连接端口看进去的共模阻抗来描述它的结构，受试设备用z 。，辅助设备则用z 。 来描述。受试设备和辅助设备的共模阻抗对测试有很大的影响。在射频场感应的传导 骚扰抗扰度测试中，受试设备和辅助设备是放在1 0 c m 的绝缘支架上的，存在这设备 的对地电容，当频率比较高的时候会导致较大的共模电流。 不同的设备的内部结构以及设备的尺寸大小不同，因此，从设备端口看进去的共 模阻抗也尽不相同，对它们进行具体分析相当困难。在这里，把设备等效为一快金属 平板进行分析。与上面对受试电缆的分析方法类似，设备透过金属接地平面的镜像， 设备平面与镜像平面作为双平行板线进行研究。 对于理想的双平行板装置，在认为板问为静电场以及板为无限大面积的情况下， ， 板问电压除于两板的距离就可以求出它的电场强度e = 。r j 。但足在现实巾，这两个假 d 定都足小成立的，板的宽度是有限的，靠近极边缘的电力线也刁i 在足直的，f 而是向外 ，l ，如1 4 i2 8 所示，为边缘效应。为r r 研究这利一效应的影响，可以对半无限双f 行 板采取保角变换分析的方法。、卜无限舣f 行板细i 矧2 9 所示： 第1 8 页共6 3 贰 燮堑竺丝茎 垣 f j2 8 甲行板边缘效应 阁2 0 、l ，无限、i ，i 板 对j ：而半1 f 行扳分析的结小，纵到也场分布的蛹数火系j = c 为 拈罟南= k 罟 其巾g ( x ) l 2 卜述方程决定的黼数z 十丢f 1 + l n 譬o ) + g b ) 】= o 束决定，可以求m g g ) 并求i b 系数k 。 现在，考虑双平行板作为传输线时，首先按照准静态分析进行推导，在不计边缘 效应时，单位长度的电容为c = 占导，且有乙= 鲁罟，其中f ，为板间介质的介 电常数和导磁率。取板问介质为空气，则上式又可以写作： z o = 3 7 7 d 特性阻抗与比值堡成正比。 当考虑边缘效应时，电容c 加大，可以得到： 故有 z o = 3 7 7 因此，在射频场感应的传导骚扰测试中，距离金属接地平面高度为d ，宽度为a 的设备，可以等效为带状传输线，其对地的共模阻抗可以通过下式求出： z ：z o ： 1 8 8 薷1 9 贞兆6 3 _ ! i ( ； 瓣 晰 避脚 m 俐 啉惭 魁蚶 n羹萋 俐。 黝一四 兰e 剐一攫 皿 晒 一 照澌 *州 * 础断 n删吲n 拧 j、 ，一衙 洲 h 一蹦 一瓣 精 嬲甜 ， 啊* 惭 粥蝴 f。 俐 0 一辨 * 删盯 删l ：研究j - z 似沧史 2 3 本章小结 本章。：卜舞分析在射频场感应的传导骚扰抗扰皮测试i - 垌i 荚的理论指导。阿先，介 绍了基本的传输线理论以及外界电磁场对传输线阐述的下扰计算，根荆骚扰信垮不问 的注入方式所导致的不同传输线的激励方式f i 问，对激励源神i 始端、始端j t 仃i 山i i 、 电源内阻及负载阻抗激励以及中问激励的传输线方程进行_ r 详细的推导计算，为测试 提供理论指导。其次，介绍r 身f 频场感心的传导骚扰抗扰度测试的原婵模型，分析骚 扰产生的原因和危害，特别针对j ，测试i j 要求建曲怕1 5 0q 的共模凡i 抗系统| l 对受 试电缆的要求进行了分析，给出了共模阻抗的具体计算公式。同时，对测试中的受试 设备( e u t ) 或者辅助设备( a e ) 进行了带状传输线的等效来计算设备的共模阻抗， 这些理论分析对充分理解测试本身具有非常重要的指导作用。 臻2 0 i j t 斑6 3i j i 枷j j 埘咒牛簧佗沧史 第三章不确定度理论 3 1 概述 3 1 i 测量不确定度与误差 传统的跌斧计定，n i 实践- f t 遇剑两个6 u 题：一是遇剑概念i ：的麻烦；：足小川领 域小同个人对误差处理方法见解的不同，造成方法的不统一，导致的是测鞋结槊缺乏 可比性。 具体来说，误差的定义是测量结果减去被测量的真值，但由于真值只能不断逼近 i 叮永远无法得到，因此，误差值也就无法准确得到。在实际中采用的约定真值仍然是 一个具有不确定度的值。此外，在进行误差分析时，要考虑性质不同的随机误差和系 统误差并合成，两者究竟如何合成迄今没有定论。 为了克服误差评定的局限性和困难，能够现实而统一地评价测量结果，引出了测 量不确定度。测量不确定度是与测量结果相联系地参数，能合理地表征被测量值地分 散性，它是可以合理推定某值所处范围的量度。测量不确定度的评定可以使不同的实 验室或者同一实验室对同一量的测量结果做有意义的比较，或者使测量结果与技术规 范所给出的参考值做比较。这种信息的效用能由使用者来判断结果间的等效性，在差 得不太多的情况下避免不必要的重复检测。 此外，在充分评定分量对测量不确定度的贡献还可以指明，为了改进测量程序和 准确度，应该对检测方法的许多方面加以注意，在提高测量准确性的同时提高了对检 测方法原理的认识，其应用的实践经验对方法的确认起关键的作用。 3 1 2 不确定度地评定 1 、明确被测量，建立数学模型 首先，在进行彳i 确定度评定之前，必须明确被测量，并根据相应的测景方法，画 系统方框图。神：此齄础i ：，找到所仃对被测髓产生l i 确定度地来源的闲素，建秒数 学模型。 柏：实际测髓小，一般铍测髓y 不能直接得到，i n f 足mn 个j 他硅x 1 ，x 2 x 3x 。 第2 1 贝廷6 3 撕 坝f j 研究牛学俺沧业 通过函数父系f 来确定即： y = f ( x l ，x 2 ，x 3 x n ) 柏：测艟小确定度评定小，所仃的测谴艟匍j 应该足测虢纠i 果地最佳估计值( a p 对所 仃测艟系统小系统效心的影响均应该加以修i l - ) ，y 和x 地坡住估计值为y 和x ，x i 的 i 确定度来源足y 的4 i 确定嫂水源，这时： y = “x l ，x 2 ，x 3 x n ) n ：此，需要对数学模玳的进行几点说l 刿： 汀兜，对川一个铍测量，采j | j i 川的测艟方法硐i 测最稷序，数学模型就可能小闷。 数学模型有可能很复杂，也可能很简单。 其次，数学模璎足测量不确定度评定的依据。模型巾应该包含影响测量结果及其 不确定度的全部嘲素，即必须包括那些对测量结果影响不大，但是对不确定度的影响 不可忽略的因素，就是说，数学模型与计算方法可能不一致。 此外，理论上，数学模型可以由测量原理导出，但在实际上不一定能做到。为此， 有时可以采用试验的方法确定，甚至于有时可能根本就无法导出数学模型，这时，可 以先把对y 有影响的x i 找到，x i 对y 的影响可以表示为6 y ，数学模型则可以写为： y = 8 y x l + 6 y 垃+ + 6 y x 3 ) ( i 对y 的影响以比例因子的形式出现，可以写为： y = 6 y x lx s y 垃x x ( s y x 3 一般来说， 6 y x i 的无穷多次测量的平均值为o ，但是其不确定度u ( 6 y x ) 0 ，而且，x 。和y 具有 相同的单位，即被测量y 不是通过测量与被测量有函数关系的其他量得到的。 在更多的情况下，写出来的数学模型是混合的，即： y = f ( x l ，x 2 ，x 3 x n ) + 6 y m + 1 + 6 y m + 1 + 或者： y = f ( x l ，x 2 ，x 3 x n ) x 6 y m + 1x 6 y m + 2 x 2 、逐项评定符测虢不确定度分罐 l i 确定度分鞋足指要u ( 动，j 引，箬称为灵敏系数， l j 数学模型函数米求绺， 卿珊 第2 2 页j 6 3 页 颁l ：研究生；乏他c 仑定 或者由实验，即通过) ( i 的微小变化求得榭应的y 的变化，即竺作为灵敏系数，u ( 糊 似 姗蔗对应x i 的标准偏差。 十小确定度足仃很多分艟组成的，这些分景根挪冷f 定方泄i 的1 i 川，分为a 炎 评定和b 类评定。 a 类评定： a 类评定足对观测列进行统计分析所做的计定。对输入影响艟x 。进行n i 次等粘度 测鞋，得到测量结果x i k ，其l | ik = 1 ，2 ，n i 。则钉： 一 = 生一 疗， 单次测量结采x i k 的标准不确定度为： u ( ) = s ( 声l ：j f k 一) 2 啦庙舻需：掣 单次测量结果u o q k ) 是指n i 次重复测量中任一次测量的不确定度。测了n 1 次，从 误差的角度来看，应该有n i 个误差，但是这n i 次测量却只有一个共同的不确定度。 至于n i 次测量平均值的u ( 动= s 仉) ，对测试项目而言这次实验做了n i 次重复测量，用 1 其平均值做测量结果，而不是n i 中的任何一次做测量结果，其不确定度要小；：。 心 同时还需要说明的是，当a 类分量对合成标准不确定度影响较大时，n i 应选得大 一些，反之小些也关系不大。 b 类评定： 4 i 同于对测鞋值的统计分布所做的评定均属于b 类计定。从道理l ：讲，如果 小汁j j 芟乖，所自f i 确定度分景均可通过a 炎迸行阡定，f 切实可行的还足可以采7 “ x i 的可能变化的， i i 笑信息或者资料来诈定，即： 薷2 3 贞共6 3 贞 坝j j 研究乍；俺沧史 a 、已知扩展小确定度u 和包含因子，则u ( 蚴= 警。 b 已知扩展不确定度u - - 如果没有特殊说i j ，散按i f 态分布处理，则u ( 砧2 鲁 j l - 叫ik 。可以查表获褂。 c 、l 三知扩展矸i 确定度u 。和锾信概率以及仃效r i i f i 度、，e 竹的t 分斫i ，则仃： 吣，= 尚 d 、当已知输入量x i 的值分散区问的二仁宽度机这时评定u 伍) 时，与) ( i 可能值 在其内的分布类型关系很大，为此，需要根据经验对其分布事先作 个近似估计。 不同的分布情况与k 因子的关系，两点分布k = l ，反正弦分布k - - - - 互= 1 4 1 ，矩形 分布k = ；= 1 7 3 ，梯形分布k = 2 ，三角分布k = 否= 2 4 5 。而接近正态分布则k = 3 。 当k 值已知，则可以求出u 0 0 2 詈。 需要说明的是，当缺乏判断分布类型相关信息时，可以估计为矩形分布，u ( 蛐 口 4 3 在对各个影响因素分布进行不确定度评定后，需要对之进行合成，在这里，需要 考虑的是某些因素是相互影响的，考虑起来比较复杂。 脚如，= 飘势孙z 薯薯善私 地地弘不确 定度传导率，其中： 兰，箬为灵敏系数，u ( ) ，u ( j ，) 分别是影响景，的标准，f i 确定度， o x 似： 。 r b ，j ，) 足，x 7 的卡荚系数，设为p ，i n g 。，一，) u ( ) u ( 工，) 则足，z