一种V型线性阻抗稳定网络耦合和去耦特性确定方法与流程

本发明涉及一种V型线性阻抗稳定网络耦合和去耦特性确定方法，通过该方法可以分析V型线性阻抗稳定网络的耦合和去耦特性，并通过试验验证该分析方法的正确性和可靠性，属于电磁兼容性传导发射技术领域。

背景技术：

电磁兼容性传导发射试验中，由于被试品所连接的不同类型，不同位置的电源阻抗变化范围大，导致被试品的负载端阻抗变化剧烈，直接影响被试品电源线传导发射的测试结果。为了使不同场地测得的电源线传导发射试验结果具有可比性，在电磁兼容性传导发射试验标准中引入了线性阻抗稳定网络(以下简称LISN，Line Impedance stabilization network)。LISN又被称为人工电源网络(AMN，Artificial mains network)，是传导发射试验中最重要的测试设备之一。

LISN的本质是耦合和去耦电路，其在传导发射试验中主要有如下三个作用：(1)在工作频段内向被试品电源输入端提供一个稳定阻抗；(2)将被试品电源输入端的干扰电压耦合到电磁发射测试设备上；(3)将被试品电源输入端的干扰电压与供电电源端的干扰信号隔离开，防止供电电源端干扰信号耦合到测试设备中造成设备损坏，同时，防止被试品电源输入端的干扰信号耦合到供电电源中影响其他用电设备。

复杂电子设备在正式交付使用前，大都要进行强制电磁兼容性试验检测，并达到试验标准规定的要求。根据LISN的功能和在电磁兼容性试验中的作用，其电路结构中，供电电源输入端与被试品电源输入端的去耦滤波功能，被试品电源输入端到供电电源输入端的去耦滤波功能，被试品电源输入端到电磁发射测试接收设备的耦合功能，是LISN除了提供稳定阻抗外最重要的特性。第三方计量单位对于LISN的耦合和去耦特性一般不做计量校验，但是当试验中使用LISN的耦合和去耦特性较差时，严重情况下甚至会损坏测试设备和被试设备，因此在使用LISN之前，应当分析和验证LISN的耦合和去耦特性。

目前，实验室中使用的LISN基本电路结构都参考自国际无线电干扰特别委员会(CISPR)颁布的有关电磁兼容性试验设备的标准CISPR-16-1-2中关于LISN的分类和规定。根据电路结构的不同，LISN分为V型结构和Δ型结构，本发明针对V型电路结构的LISN耦合和去耦特性进行计算分析并试验验证。

现有标准规定的LISN在工作时，特性阻抗随频率变化较大，影响测试结果精度。

技术实现要素：

本发明技术解决问题：为了改善现有标准规定LISN存在的问题，得到理想参数特性的LISN电路，本发明提出了一种V型线性阻抗稳定网络耦合和去耦特性确定方法，并对计算方法给出了试验验证，对改进现有的标准V型LISN电路具有指导作用，能够简化电路的试验测试步骤，提高电路的测试精度。

本发明提供一种V型线性阻抗稳定网络耦合和去耦特性确定方法，具体步骤如下：

步骤一：对V型LISN按其功能和指标进行电路原理分析；

分析V型电路结构LISN的元件功能，分析电路中元件的作用和功能，根据分析结果确定LISN耦合和去耦特性的计算方法。

步骤二：根据分析计算结果给出V型LISN耦合和去耦特性的计算方法；

LISN的耦合和去耦特性是指被试品电源输入端到LISN的供电电源输入端的去耦特性和被试品电源输入端到接收机接收端的耦合特性。为了计算LISN的耦合和去耦特性，需要对LISN电路进行校准状态连接。当LISN接入电源阻抗和负载阻抗时，按照LISN电源输入端接阻抗为50欧姆的信号源，电源输出端接阻抗为50欧姆的匹配负载，接收机耦合端口接阻抗为50欧姆匹配负载进行理论分析计算。

LISN的耦合和去耦特性是指被试品电源输入端到LISN的供电电源输入端的去耦特性和被试品电源输入端到接收机接收端的耦合特性。本发明根据如图1所示的V性LISN电路原理图，提出了一种计算LISN信号耦合和去耦特性的公式。理论上LISN的耦合和去耦特性计算方法和计算公式为：

对于参数的滤波约束条件，根据图1所示，在LISN电路中，L，C₂，R₃构成低通滤波器，该滤波器用于滤除电源中的高频谐波，防止电源噪声干扰被试品；L，C₁，R₁，R₂构成低通滤波器，该滤波器用于滤除被试品的干扰发射，防止被试品的高频发射影响电源。C₁为隔直电容，R₁为电容泄放电阻，进行最优化计算时，还要考虑C₁的隔直特性和R₁的泄放电承受特性。

对于二阶LC低通滤波器，其截止频率计算公式为：

$f_1=\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{{\mathrm{LC}}_1}}$

对于隔直电容C₁和R₁构成的一阶高通滤波电路，其截止频率计算公式为：

$f_2=\frac{1}{2{\mathrm{\πR}}_2{C}_2}$

V型LISN耦合系数计算公式为：

$k_1=\frac{{f_1}^2-{f_2}^2}{{f_1}^2+{f_2}^2}$

V型LISN去耦特性系数计算公式为：

$k_2=\frac{{f_2}^2-{f_1}^2}{{f_2}^2+{f_1}^2}$

其中，R₁,R₂,R₃和L，C₁，C₂分别为V型LISN电路中的电阻，电感和电容。f₁为V型LISN电路中信号输入端部分电路构成的二阶低通滤波器的截止频率，f₂V型LISN电路中信号输出段构成的一阶高通滤波器的截止频率，k₁为V型LISN耦合特性系数，k₂为V型LISN去耦特性系数。

步骤三：根据计算分析的LISN电路元件参数计算在LISN全工作频段的耦合去耦特性；

按照步骤二中给出的方法，将实际需要分析的V型LISN电路元件参数代入公式中，计算出该LISN在全工作频段的耦合去耦特性值。

步骤四：对实际进行计算分析的V型LISN进行耦合和去耦特性实测，验证分析计算的正确性和可靠性。

利用矢量网络分析仪或者接收机和信号源等测试设备对经过计算分析的V型LISN进行耦合和去耦特性测试，并将试验结果与LISN的耦合和去耦特性计算结果作比对，验证本发明分析方法的正确性和可靠性。

本发明一种V型线性阻抗稳定网络耦合和去耦特性分析方法，并通过试验验证了该方法的正确性和可靠性。该方法通过计算分析V型线性阻抗稳定网络的耦合和去耦特性，对于说明书中已知元件参数的LISN，可以在趋势上预测判断该LISN的耦合和去耦特性是否满足工作需要，本发明方法对于第三方计量校验单位不进行计量的V型LISN的耦合去耦特性具有预测和判断作用，对于设计和研制生产特性更符合需求的新型LISN具有指导意义。现有的V型LISN在设计阶段主要利用试验来验证所设计的LISN耦合和去耦特性指标，试验验证耗费成本较高，硬件条件要求较高。本发明给出的方法从理论上指导V型LISN的设计，节约了成本，简化了测试步骤提高了效率，并且提高了测试的精度。

附图说明

图1是V型LISN的电路原理图；

图2是根据V型LISN电路原理计算出的耦合和去耦特性结果曲线图；其中(a)耦合结果曲线图，(b)为去耦特性结果曲线图；

图3是验证V型LISN耦合和去耦特性的试验布置图；

图4是本发明一种V型线性阻抗稳定网络耦合和去耦特性确定方法及验证流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

本发明根据国际无线电管理委员会对电磁兼容试验用LISN电路(线性阻抗稳定网络电路)的规定，LISN电路分为V型和Δ型两种结构。本发明对V型LISN电路提出了一种新的耦合和去耦特性计算方法，以对V型LISN电路的耦合和去耦特性进行计算，指导V型LISN的设计，简化LISN电路的试验测试步骤，提高测试精度，并通过实测试验验证方法的正确性和可靠性，本发明通过理论计算给出V型LISN的耦合和去耦特性，对于分析设计和改进LISN电路结构和参数具有指导意义。

如图4所示，本发明提供一种V型线性阻抗稳定网络耦合和去耦特性确定方法，按照本方法计算分析V型线性阻抗稳定网络的耦合和去耦特性，并通过试验验证该分析方法的正确性和可靠性，具体包括如下步骤：

步骤一：对V型LISN按其功能和指标进行电路原理分析；

根据国际无线电管理委员会对电磁兼容试验用LISN电路的规定，LISN电路分为V型和Δ型两种结构。首先对V型LISN电路，按其在试验中实现的信号耦合和去耦功能进行原理分析。具体分析方法是根据戴维南-基尔霍夫电路理论，分析电路中哪部分元器件实现信号耦合和去耦功能，这些元器件的参数是多少，为后续步骤提出V型LISN电路计算公式提供参数条件；如图1所示的V性LISN电路原理图。

步骤二：根据分析计算结果给出V型LISN耦合和去耦特性的计算方法；

LISN的耦合和去耦特性是指被试品电源输入端到LISN的供电电源输入端的去耦特性和被试品电源输入端到接收机接收端的耦合特性。利用步骤一对V型LISN电路的分析结果，提出实现LISN信号耦合和去耦功能的计算公式。V型LISN电路原理分析如图1所示，根据步骤一中分析的结果，理论上LISN的信号耦合和去耦功能计算方法和计算公式为：

对于参数的滤波约束条件，根据图1所示，在LISN电路中，L，C₂，R₃构成低通滤波器，该滤波器用于滤除电源中的高频谐波，防止电源噪声干扰被试品；L，C₁，R₁，R₂构成低通滤波器，该滤波器用于滤除被试品的干扰发射，防止被试品的高频发射影响电源。C₁为隔直电容，R₁为电容泄放电阻，进行最优化计算时，还要考虑C₁的隔直特性和R₁的泄放电承受特性。

对于二阶LC低通滤波器，其截止频率计算公式为：

$f_1=\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{{\mathrm{LC}}_1}}$

对于隔直电容C₁和R₁构成的一阶高通滤波电路，其截止频率计算公式为：

$f_2=\frac{1}{2{\mathrm{\πR}}_2{C}_2}$

V型LISN耦合系数计算公式为：

$k_1=\frac{{f_1}^2-{f_2}^2}{{f_1}^2+{f_2}^2}$

V型LISN去耦特性系数计算公式为：

$k_2=\frac{{f_2}^2-{f_1}^2}{{f_2}^2+{f_1}^2}$

其中，R₁,R₂,R₃和L，C₁，C₂分别为V型LISN电路中的电阻，电感和电容。f₁为V型LISN电路中信号输入端部分电路构成的二阶低通滤波器的截止频率，f₂为V型LISN电路中信号输出段构成的一阶高通滤波器的截止频率，k₁为V型LISN耦合特性系数，k₂为V型LISN去耦特性系数。

步骤三：按照步骤二中给出的公式，将实际需要分析的V型LISN电路元器件参数，包括电路中的电阻，电感，电容等代入公式中，计算出V型LISN在其工作频率上的耦合和去耦特性系数取值。

图2给出了依据GJB151B中规定的V型LISN参数计算出的耦合特性和去耦特性曲线。图2中的(a)为耦合特性曲线，从图2中的(a)给出的曲线中可以看出，该型LISN在供电电源频段实现了谐波信号隔离，在工作频段实现信号接收，具有较好的耦合特性。图2中的(b)为去耦特性曲线，从图2中的(b)给出的曲线可以看出，该型LISN在供电电源频段能够正常接收供电，在工作频段实现信号的隔离，具有较好的去耦特性。

步骤四：对步骤三中进行计算分析的V型LISN耦合和去耦特性进行实测，验证分析计算的正确性和可靠性。

利用矢量网络分析仪或者接收机和信号源测试设备对经过计算分析的V型LISN进行耦合和去耦特性测试，并将试验结果与LISN的耦合和去耦特性计算结果作比对，验证本发明分析方法的正确性和可靠性。

具体验证步骤如下：

(1)选取一款V型电路结构的LISN，将说明书给出的电路结构和电路参数，与本发明给出的V型电路结构LISN原理图依次对应。根据本发明给出的V型电路LISN耦合和去耦特性系数的计算方法，计算选取的LISN在其工作频率的耦合和去耦特性系数。

(2)将选取的V型电路结构的LISN按照图3给出的连接方式与矢量网络分析仪连接，调节适量网络分析仪的设置，测试V型电路LISN的耦合和去耦特性。

(3)对比实测结果与计算结果，验证本发明方法的可行性和可靠性。