[發明專利]一種運用時域和頻域能量等效原理的穩態測試方法

有效

• 申請號: 201410202093.6
• 申請日: 2014-05-09
• 公開（公告）號: CN103969530A
• 公開（公告）日: 2014-08-06
• 發明（設計）人: 張建國;邱揚;許社教;田錦;李歡麗;張鑫;張聰;喬琪
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G01R31/00
• 分類號: G01R31/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于電磁環境效應技術領域，涉及一種運用時域和頻域能量等效原理的穩態測試方法。

背景技術

研究證明，具有快上升沿的電磁脈沖對武器裝備的損傷效應更為明顯，如高功率微波(HPM)、超寬帶(UWB)、高空核爆電磁脈沖(HEMP)、靜電放電(ESD)等。這些強電磁脈沖不僅可以通過天線等前門耦合也可以通過孔縫等后門耦合進入系統內部進而對其內部器件造成損傷，其作用機理可概括為熱效應、電磁輻射效應、靜電場效應和磁效應四個方面。目前對電磁環境效應的研究就主要針對此類強電磁源。

由于強電磁脈沖的時域特征一般表現為隨時間非正弦變化的瞬時脈沖函數，而目前成熟的防護技術都局限于頻域的穩態性能分析。

雖然頻域特性(反映不同時諧頻點的穩態響應)可以反映一定的時域特性(通過傅里葉反變換)，但由于瞬時脈沖函數轉化到頻域內研究時，不同頻點干擾在這些頻點的駐留時間遠小于穩態干擾的時間，其所對應能量起到的作用就與穩態干擾有著非常大的差別。因而對于所測試的設備僅憑信號的頻域特征進行分析無法完全確定其對電磁干擾的真實防護性能。

為此運用時域、頻域能量的等效原理，確定兩者之間的轉換關系，可為節約研究成本起到非常大作用。

以早期HEMP為例，該信號是一個瞬時短脈沖信號，其特點是在極短時間(20ns)內積聚巨大能量(場強高達50kV/m，能量0.114J/m²)。實際測試時很難復現該瞬時短脈沖信號，可以考慮用若干個正弦信號代替該脈沖信號對被測試元件或設備的作用，替換的前提條件是兩者時域波形相近，攜帶的能量近似相同。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中存在的缺陷，提供一種簡化測試條件、降低測試成本的運用時域和頻域能量等效原理的穩態測試方法。

其具體技術方案為：

一種運用時域和頻域能量等效原理的穩態測試方法，包括以下步驟：

1)準備一臺直流信號源和一臺正弦信號源，按照工作頻率分頻點對被測試對象進行加載；

2)記錄被測試對象在不同頻率信號源激勵下的時域響應曲線，如所關心部位的場強幅值、功率密度等；

3)對于線性系統，利用線性疊加原理可以得到被測試對象在原強電磁脈沖信號作用下的時域響應曲線；

4)將被測試對象放在實際強電磁信號源激勵下，記錄相應的時域響應曲線；

5)比較一組真實強電磁脈沖瞬態信號作用下的時域響應曲線和若干余弦穩態信號作用下的時域響應曲線，可以對方案的可行性進行檢驗；

6)一組瞬態信號和穩態信號作用下的時域響應曲線基本一致時，后續的測試將只進行穩態響應的測試而不需要進行瞬態響應測試。

與現有技術相比，本發明的有益效果為：不需要購買價錢昂貴的瞬態信號發生器和尋找特定場地進行高成本的瞬態信號測試試驗，僅需進行常規的穩態信號測試即可，降低了試驗難度和試驗成本。

附圖說明

圖1是早期HEMP標準波形；

圖2是不同階傅里葉級數合成HEMP曲線；

圖3是n＝40時經傅里葉級數合成HEMP曲線；

圖4是歸一化UWB正脈沖波形；

圖5是n＝20經傅里葉級數合成的UWB波形；

圖6是n＝40經傅里葉級數合成UWB波形；

圖7是實測雙極性UWB波形；

圖8是雙極性UWB模擬波形；

圖9是n＝20時經傅里葉級數合成的UWB曲線；

圖10是n＝30時經傅里葉級數復合而成的UWB曲線。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發明的技術方案作進一步詳細地說明。

根據傅里葉分析法，一個信號可以表示為不同頻率正弦分量的加權和，即將信號進行傅里葉級數展開。可以將電磁脈沖源的信號分解為不同頻率正弦波的疊加，分別對每一個頻率正弦波進行時域仿真研究，計算每一個頻率的正弦波對測試對象輻射時的特性，再綜合分析若干個正弦信號共同作用時被測試對象的時域響應特性。

設某時域信號為f(t)，周期為T，角頻率為該信號可以展開為下面的傅里葉級數，即