一种获取线性阻抗稳定网络电磁传输矩阵的方法与流程

本发明涉及一种获取线性阻抗稳定网络在工作状态下的电磁传输矩阵的方法，属于电磁兼容领域。

背景技术：

电子设备在定型或上市之前，必须满足相应的军用标准或民用标准中规定的限值。一般而言，相应的标准(如国军标GJB-151B《军用设备和分系统电磁发射和敏感度要求与测量》)中规定测量电子设备的电磁传导发射时需要在电网和被测试的电子设备的电源线间插入线性阻抗稳定网络。线性阻抗稳定网络的作用是：1)在整个传导发射测量频率范围内，给被试品电源线提供一个稳定的阻抗，用来保证测量场地之间的一致性；2)防止电网上的外部传导噪声干扰测量。GJB-151B规定的线性阻抗稳定网络形式见附图1。

电磁传输矩阵是指在文献(“D.M.Pozar,Microwave engineering.John Wiley&Sons,2009”)中介绍的一种分析微波电路网络的参数，又称为ABCD参数。在一些测试和建模中，需要获取线性阻抗稳定网络在测量端口到连接被试品端口的电磁传输矩阵。理论上，线性阻抗稳定网络的电磁传输矩阵可以使用其电容、电感等电子元器件及其布局计算获取。但由于寄生参数的存在，加之实际测量时需要连接电网和其他线缆，因此不能直接使用理想电子元器件的值直接计算线性阻抗稳定网络的电磁传输参数。因此，本发明公开了一种使用已知阻抗的电阻和矢量网络分析仪，获取线性阻抗稳定网络在实际工作状态下的电磁传输矩阵的方法。

技术实现要素：

本发明技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种获取线性阻抗稳定网络电磁传输矩阵的方法，使用已知阻抗的电阻和矢量网络分析仪测量其电磁传输矩阵，可以简单、准确获取线性阻抗稳定网络在实际工作状态下的电磁传输矩阵，便于对线性阻抗稳定网络进行准确建模和分析。

本发明技术解决方案：一种获取线性阻抗稳定网络电磁传输矩阵的方法，首先，使用阻抗分析仪获取某已知电阻在规定频段的阻抗幅值-频率及相位-频率关系；其次，使用测量配置方法，连接电阻、矢量网络分析仪及线性阻抗稳定网络；然后，使用矢量网络分析仪获取线性阻抗稳定网络在测量配置下端口间的电磁散射矩阵；之后本发明公开的方法，求解出线性阻抗稳定网络固有的电磁传输矩阵。该电磁传输矩阵可以表征线性阻抗稳定网络的固有属性，用于建模或辅助测试工作。

如图2所示，本发明包括下列步骤：

步骤一：测量校准电阻在规定频段内的阻抗值

并根据测量频段，选择额定电流大于待测线性阻抗稳定网络额定电流的2个已知电阻，这两个电阻的额定阻抗值应不同。使用精密阻抗分析仪(如英国稳科公司的WK6500B型号的精密阻抗分析仪)，分别获取2个已知电阻在测量频段内若干频点的阻抗值分别记为Z_m1和Z_m2。

步骤二：按照本发明公开的测量配置，测量整个网络的电磁散射矩阵

将2个相同型号的线性阻抗稳定网络的电网接口分别连接电网中的火线和零线，地线连接电网的安全地线，射频测量接口连接矢量网络分析仪(如美国是德科技公司的E5080A型号的矢量网络分析仪)的测量端口1和测量端口2。

连接已知电阻Z_m1到2个线性阻抗稳定网络的被试品接口之间。使用矢量网络分析仪测量规定频段的电磁散射参数矩阵并保存记为S_m1，并使用文献(“D.M.Pozar,Microwave engineering.John Wiley&Sons,2009”)给定的电磁传输矩阵及电磁散射矩阵之间的关系计算整个网络的电磁传输矩阵的B参数和C参数，分别记为和

连接已知电阻Z_m2到2个线性阻抗稳定网络被试品接口之间，用矢量网络分析仪测量规定频段的电磁散射参数矩阵并保存记为S_m2。并使用文献(“D.M.Pozar,Microwave engineering.John Wiley&Sons,2009”)给定的电磁传输矩阵及电磁散射矩阵之间的关系计算整个网络的电磁传输矩阵的B参数和C参数，记为和

步骤三：根据电磁散射矩阵，计算线性阻抗稳定网络的电磁传输矩阵

步骤301：使用微波分析方法计算等效网络的电磁传输矩阵

根据微波理论的方法，步骤二中2个线性阻抗稳定网络的射频测量接口之间的电路可以划分为3个等效网络N₁、N₂和N₃，三个网络的电磁传输矩阵分别为A_NET1、A_NET2和A_NET3。其中，由于步骤二中使用的2个线性阻抗稳定网络为相同的型号，且已知电阻Z_m1或Z_m2到2个线性阻抗稳定网络的被试品接口的连接方式，保证了等效网络1和等效网络3(N₁和N₃)为镜像对称的网络。因此两个网络的电磁传输矩阵中存在A₁＝D₃,B₁＝B₃,C₁＝C₃,D₁＝A₃的关系。当2个阻抗稳定网络被试品接口之间连接阻抗为Z_m1时的电阻时，网络2的传输矩阵可以表示为：

则整个等效电路网络的传输矩阵可以计算为：

步骤302：计算线性阻抗稳定网络的固有电磁参数矩阵

考虑传输矩阵的B参数和C参数，即：

步骤二分别连接了两个已知阻抗值为Z_m1和Z_m2的电阻值，则可以按照式(3)列出方程组：

式子中和分别为连接Z_m1和Z_m2时整个系统传输矩阵的B参数，由步骤二获得。使用(4)可以求得，网络1(线性阻抗稳定网络)电磁传输矩阵的A参数为：

考虑到A₁的实部一般为正数，因此取其中实部为正数的值。求得A₁的取值后，可以求得网络1电磁传输矩阵的B参数为：

同理，步骤二中，分别连接了两个已知阻抗值为Z_m1和Z_m2的电阻，则可以按照式(3)列出方程组：

式子中和分别为连接Z_m1和Z_m2时整个系统传输矩阵的C参数，由步骤二获得。可以求得网络1(线性阻抗稳定网络)电磁传输矩阵的C参数为：

考虑到C₁的实部一般为正数，因此取其中实部为正数的值。求得C₁的取值后，可以求得网络1电磁传输矩阵的D参数为：

由于电磁传输矩阵整个网络1(即待测量的线性阻抗稳定网络)的电磁传输参数矩阵A_LISN的4个元素分别为A₁，B₁，C₁和D₁四个，即则可以使用式(5)、(6)、(8)和(9)的结果组合获得整个网络1(即待测量的线性阻抗稳定网络)的电磁传输参数矩阵A_LISN。

本发明与现有技术的优点在于：

本发明公开了一种使用已知阻抗的电阻和矢量网络分析仪，获取线性阻抗稳定网络在工作状态下电磁传输矩阵的方法。该发明主要使用电阻、阻抗分析仪和矢量网络分析仪进行测量，测量方法相对简单，准确性较高，提高了测试的效率。另外，本发明可以在线性阻抗稳定网络连接电网时开展，测量结果的针对性更强，可以表征线性阻抗稳定网络的固有属性，用于建模或辅助测试工作。

附图说明

图1为GJB-151B规定的线性阻抗稳定网络电路原理图；

图2为本发明方法实现流程图，

图3为本发明公开的校准配置方法示意图；

图4为校准配置等效电路图；

图5为R₁和R₂电阻在测量频段内的阻抗值(幅度)；

图6为R₁和R₂电阻在测量频段内的阻抗值(相位)；

图7为线性阻抗稳定网络实例的电磁传输矩阵图(幅值)；

图8为线性阻抗稳定网络实例的电磁传输矩阵图(相位)。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明进行进一步详细说明。

以德国施瓦茨贝克公司的NBL8225型号的线性阻抗稳定网络(电路原理图如图1所示)为例，叙述本方法公开的详细步骤。图1中电阻、电容和电感的值都是由相应的军用标准(如国军标GJB-151B《军用设备和分系统电磁发射和敏感度要求与测量》)进行了明确的规定。线性阻抗稳定网络主要有3个接口，其中两个分别连接电网和被试品，另外一个为同轴测量接口，用来连接测试仪器。

如图2所示，本发明具体包括下列步骤：

步骤一：测量被试电阻在规定频段内的阻抗值

确定测量频段(100kHz～30MHz)，并根据测量频段，选择额定电流大于待测线性阻抗稳定网络额定电流的2个电阻，这2个电阻的额定电阻值不同。

使用精密阻抗分析仪(如英国稳科公司的WK6500B型号的精密阻抗分析仪)，分别获取2个电阻在测量频段内若干频点的阻抗值(如频率f_i的阻抗值分别记为Z_m1(f_i)和Z_m2(f_i))，两个电阻在整个频段的阻抗值分别记为Z_m1和Z_m2。两个电阻的阻抗幅值-频率关系及相位-频率关系见图3和图4。

步骤二：按照本发明公开的测量配置，测量整个网络的电磁散射矩阵

本发明公开的配置方法参见图5，有如下要点：

(1)2个相同型号的线性阻抗稳定网络(分别记为L₁和L₂)的电网接口分别连接电网中的火线及零线。

(2)线性阻抗稳定网络(L₁和L₂)的地线均连接电网的安全地线。

(3)线性阻抗稳定网络(L₁和L₂)的射频测量端口，按照图1的连接方法连接矢量网络分析仪的测量端口1和测量端口2。

步骤201：测量连接电阻Z_m1时的电磁散射矩阵，并计算此时整个网络电磁传输矩阵的B参数和C参数和

连接已知电阻Z_m1到2个线性阻抗稳定网络L₁和L₂的被试品接口Pe₁和Pe₂之间，如图3所示。调节矢量网络分析仪，测量规定频段(100kHz～30MHz)的电磁散射参数矩阵，并将该矩阵在不同频点的幅值和相位保存在计算机中，此时电磁散射矩阵记为S_m1，如式(10)所示。

使用文献(“D.M.Pozar,Microwave engineering.John Wiley&Sons,2009”)给定的电磁传输矩阵及电磁散射矩阵之间的关系，即式(11)计算计算整个网络的电磁传输矩阵的B参数和C参数，分别记为和

式中Z₀为矢量网络分析仪测量端口的特征阻抗，本发明为50欧姆。

步骤202：测量连接电阻Z_m2时的电磁散射矩阵，并计算此时整个网络电磁传输矩阵的B参数和C参数和

拆除步骤201中连接的电阻Z_m1，并连接已知电阻Z_m2到2个线性阻抗稳定网络L₁和L₂的被试品接口Pe₁和Pe₂之间，同样如图3所示。与步骤201类似用矢量网络分析仪测量规定频段的电磁散射参数矩阵并保存记为S_m2。使用步骤201的方法计算整个网络的电磁传输矩阵的B参数和C参数，记为和

步骤三：根据电磁散射矩阵，计算线性阻抗稳定网络的电磁传输矩阵

根据微波理论的方法，可以列出测量配置时的等效电路图，如图6所示。本步骤根据步骤二测量的电磁散射矩阵，计算线性阻抗稳定网络固有的电磁传输矩阵。

步骤301：计算等效网络的电磁传输矩阵

在图6中，测量配置的等效电路可以划分为3个等效网络N₁、N₂和N₃，三个网络的传输矩阵分别为A_NET1、A_NET2和A_NET3，可以表示为：

其中，若校准时连接阻抗为Z_m的电阻时，网络2的传输矩阵可以表示为：

则整个网络的传输矩阵可以计算为：

由于网络1和网络3为镜像对称的网络，因此A₁＝D₃,B₁＝B₃,C₁＝C₃,D₁＝A₃，则图6中所示网络的传输矩阵为：

步骤302：计算线性阻抗稳定网络的固有电磁参数矩阵

考虑式(15)传输矩阵的B参数和C参数，即：

步骤201和步骤202中，分别连接了两个已知阻抗值为Z_m1和Z_m2的电阻值，则可以列出方程组：

式子中和分别为连接Z_m1和Z_m2时整个系统传输矩阵的B参数，可以求得，网络1(线性阻抗稳定网络)电磁传输矩阵的A参数为：

考虑到A₁的实部一般为正数，因此取其中实部为正数的值。求得A₁的取值后，可以求得网络1电磁传输矩阵的B参数为：

同理，步骤201和步骤202中，分别连接了两个已知阻抗值为Z_m1和Z_m2的电阻值，则可以按照式(16)列出方程组：

式子中和分别为连接Z_m1和Z_m2时整个系统传输矩阵的C参数。可以求得，网络1(线性阻抗稳定网络)电磁传输矩阵的C参数为：

考虑到C₁的实部一般为正数，因此取其中实部为正数的值。求得C₁的取值后，可以求得网络1电磁传输矩阵的D参数为：

式(18)、(19)、(21)和(22)的结果，可以构建网络1即待测量的线性阻抗稳定网络)的电磁传输参数矩阵如图7和图8所示。图7是待测量的线性阻抗稳定网络实例的电磁传输矩阵中各个元素的幅值-频率图，图8是待测量的线性阻抗稳定网络实例的电磁传输矩阵中各个元素的相位-频率图。

提供以上实施例仅仅是为了描述本发明的目的，而并非要限制本发明的范围。本发明的范围由所附权利要求限定。不脱离本发明的精神和原理而做出的各种等同替换和修改，均应涵盖在本发明的范围之内。