本发明属于电磁兼容测试领域，涉及一种基于谐波相位抖动特性的谐波源判断方法。
背景技术：
在电磁兼容的传导干扰发射测试中，受试设备内部有许多独立的干扰源，这些干扰源产生的干扰信号通过耦合通道耦合到待测端口，共同形成了待测端口的干扰信号。当受试设备的端口输出中某一频点处信号发射超标，需要对该频率对应的发射源进行定位与整改。但是存在一种情况，受试设备的内部干扰源在待测端口处发射的信号存在倍频关系的几个频率时，需要判断这几个成倍频关系的信号是否是来源于某个信号源的谐波，还是一些独立的信号源，进而对辐射超标的频率采取相应的抑制措施。
在解决判断谐波源的问题时，现有的解决方法借助信息论中的互信息量来研究各倍频分量间的互信息，这种方法复杂、计算量大，并且需要工程人员有较高的专业知识、数学知识，实现起来复杂。
技术实现要素：
本发明技术解决问题：克服现有技术的方法复杂、计算量大，提供一种基于谐波相位抖动特性的谐波源判断方法，原理易于理解，操作与数据处理简单。
本发明技术解决方案：一种基于谐波相位抖动特性的谐波源判断方法，针对设备内部信号源为平稳信号源，在单端口设备输出出现倍频信号时，利用这些信号的相位抖动特性来判断这些倍频信号是否是来源于某一信号的谐波，或者来源于不同的独立源。
实现步骤如下：
步骤一、信号获取，用数据采集卡对单端口输出的待测设备的输出端口进行第一次采集，得到待测设备输出信号；
步骤二、数据处理，对步骤一中获取到的待测设备输出信号进行傅里叶变换，得到复数形式的信号数据，根据相位的定义Im为傅里叶变换的虚部，Re为傅里叶变换的实部，为信号相位，计算信号的频率-相位关系，画出频率相位关系图，即相频图；
步骤三、第二次采样与数据处理，重复步骤一与步骤二，用数据采集卡对待测设备输出端口进行第二次采集，得到待测设备输出信号。对第二次采集的待测设备输出信号进行傅里叶变换，根据相位定义计算信号的相位，画出相频图。前后两次的采样间隔要尽可能小于四分之一信号周期，以保证前后两次信号对应频率的相位差在2π内，为使两次采样间隔满足小于四分之一信号周期的要求，可以先对设备输出端口进行两次采样，再对采集的数据做傅里叶变换；
步骤四、判断谐波相位抖动特性，对步骤二与步骤三画出的相频图中成倍数关系的频率分量(即谐波，简称倍频)的相位进行解卷绕，当两个相频图中对应的倍频信号的相位差值之比与谐波次数之比相等，且倍频信号的相位变化率之比与谐波次数之比相等时，认为这些成倍数关系的频率分量具有一致的抖动特性，可以确定这几个倍频信号来源于同一个谐波源，否则判断为来自不同的独立源(本发明中，谐波源定义为产生谐波的信号源，独立源定义为产生单频信号的信号源)。
以下对上述的工作原理进行说明：
当待测设备的电路系统为非线性系统时，来自于某一信号源的各谐波的信号幅度可能受到影响，不能表现出某些特定关系，难以通过谐波的幅度来进一步判断这些频率是否来自于同一个信号源，但是当谐波来自同一个信号源时，各次谐波的相位会表现出相同的抖动特性，以此可以来进行谐波源的判断。本发涉及的信号源为周期信号。
由于几乎所有的电子元件或电路系统的传输方程都是非线性方程，但在比较小的范围内运动时，将这些关系看成线性关系，不会产生很大的误差，这时可以用泰勒级数来表示工作点方程。
这里取二级管作为阐述对象。根据微波工程理论中，典型的RF二极管V-I特性为：
I(V)＝Is(eαV-1) (1)
其中α＝q/nkT，q是电子电荷，k是玻尔兹曼常数，T是温度，n是理想化因子，Is是饱和电流，e为自然常数，I(V)表示二级管输入电压为V时的输出电流I。当二极管电压为：
V＝V0+v (2)
V0是直流偏置，v是小的交流信号电压。(2)式对V0做泰勒级数展开并取三阶，写成直流偏置电流I0和交流电流i之和形式为：
其中Gd表示I对V在V0的一阶导数。由于理想的连续波信号为：
v(t)＝A0sin(w0t) (4)
而真实连续波信号为
A0为信号幅度，w0为信号频率，E(t)为随机幅度抖动，为随机相位抖动；
当二极管电压为(5)式时，
可将上式描述为：
其中，D0、A1、A2、A3分别为直流信号、基波、二次谐波、三次谐波的幅度。
当二极管输出信号I(V)经过非线性电路输出时，会存在附加幅度衰减和附加相移，假设I(V)经非线性电路的输出为：
其中，a0、a1、a2、a3分别为直流信号、基波、二次谐波、三次谐波的附加幅度衰减，为附加相移。
假设数据采集卡的采样时间很短，在采样时间内连续信号的随机相位抖动为常数。
当数据采集卡在t＝0时刻进行采样，采集的信号可以表示为：
当数据采集卡在t＝Δt时刻进行采样，采集的信号可以表示为：
所以频率w0、2w0、3w0的相位变化率分别为：
可以看到，正弦信号在经过RF二极管和非线性电路时会产生谐波，并且谐波的相位及相位抖动特性与基频成倍数，倍数与谐波次数有关。
对于非谐波信号，即倍频信号来源于不同的独立源。由于各独立源的相位抖动是随机的，所以各频率处的相位不相关，此时电路输出为：
其中，E0、B1、B2、B3分别为直流信号、基波、二次谐波、三次谐波的幅度，分别为频率w0、2w0、3w0的随机相位抖动，为附加相移。
当数据采集卡在t＝0进行采样，采集的信号可以表示为：
当数据采集卡在t＝Δt进行采样，采集的信号可以表示为：
所以频率w0、2w0、3w0的相位变化率分别为：
由于各自独立，可以看到，当这些频率信号为独立信号源时，频率w0、2w0、3w0的相位无联系，并且无一致的相位抖动特性。
本发明与现有技术相比的优点在于：在解决盲源分离问题中遇到的判断谐波源的问题时，现有的解决方法借助信息论中的互信息量来研究各倍频分量间的互信息，这种方法复杂、计算量大，并且需要工程人员有较高的专业知识、数学素养，而本发明提出研究倍频分量间的相位抖动的方法则操作简单，数据处理简单，原理易于理解。原则上通过倍频信号间的相位抖动特性也属于互信息的范畴，但是本专利采用了研究信号相位的方式，思路新颖，操作简单。
附图说明
图1是本发明基于谐波相位抖动特性的谐波源判断方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图1所示，本发明提出一种基于谐波相位抖动特性的谐波源判断方法，包括下列处理步骤：
步骤一、信号获取，在t＝0时用数据采集卡对单端口输出的待测设备的输出端口进行第一次采集，得到待测设备输出信号，第一次采集的输出信号用式(16)表示，
步骤二、数据处理，对步骤一中获取到的待测设备输出信号进行傅里叶变换，得到复数形式的信号数据，根据相位的定义Im为傅里叶变换的虚部，Re为傅里叶变换的实部，为信号相位，计算信号的频率-相位关系，由于相频图中各频率分量对应的相位为该频率对应信号的初始相位，所以w0、2w0、3w0在相频图中对应的相位分别为
步骤三、第二次采样与数据处理，重复步骤一与步骤二，在t＝Δt时用数据采集卡对待测设备输出端口进行第二次采集，得到待测设备输出信号，第二次采集的输出信号用式(17)表示，
对第二次采集的待测设备输出信号进行傅里叶变换，根据相位定义计算信号的相位，得到在相频图中w0、2w0、3w0对应的相位分别为
步骤四、判断谐波相位抖动特性，对步骤二与步骤三画出的相频图中成倍数关系的频率分量(即谐波)的相位进行解卷绕。
第一次采样的数据结果：在相频图中，w0、2w0、3w0对应的相位分别为
第二次采样的数据结果：在相频图中，w0、2w0、3w0对应的相位分别为
两次采样的数据在w0、2w0、3w0频率处的差值分别为
该谐波源在w0、2w0、3w0频率处的相位变化率为：
根据上述结果，两个相频图中倍频信号在w0、2w0、3w0频率处的相位差值之比为1:2:3，相位变化率之比为1:2:3，谐波次数之比为1:2:3，可以看到倍频信号在w0、2w0、3w0频率处的相位差值之比等于相位变化率之比，等于谐波次数之比，可以认为这些成倍数关系的频率分量具有一致的抖动特性，判断这几个倍频信号是来源于同一个谐波源。
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。