一種高斯偶脈沖大電流高功率寬頻帶電源線注入耦合網(wǎng)絡(luò)及構(gòu)建方法
【專(zhuān)利摘要】一種高斯偶脈沖大電流高功率寬頻帶電源線注入耦合網(wǎng)絡(luò)，它是由耦合單元和去耦單元組成，其耦合單元由電感、電容、電阻組成，其中電感電容串聯(lián)添加串聯(lián)諧振點(diǎn)，增大耦合干擾信號(hào)的頻帶帶寬，然后該LC串聯(lián)諧振電路與兩個(gè)電阻串聯(lián),將干擾信號(hào)耦合到電源線上；去耦單元由電感、電容組成，電感電容組成低通濾波器，用以濾除高頻的噪聲信號(hào)，通過(guò)設(shè)置合適的串聯(lián)電感值，保證在插入損耗滿足要求的條件下提供較大的共模抑制阻抗，有效抑制電源線中的共模噪聲。一種高斯偶脈沖大電流高功率寬頻帶電源線注入耦合網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建方法，它有八大步驟。本發(fā)明簡(jiǎn)單易行，根據(jù)不同的信號(hào)發(fā)生器輸出阻抗和線地之間的阻抗，調(diào)節(jié)電阻即可實(shí)現(xiàn)良好的耦合去耦性能。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種高斯偶脈沖大電流高功率寬頻帶電源線注入耦合網(wǎng)絡(luò)及構(gòu)建方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高斯偶脈沖大電流高功率寬頻帶電源線注入耦合網(wǎng)絡(luò)及構(gòu)建方法。該耦合網(wǎng)絡(luò)單元在電源線纜的抗干擾度測(cè)量時(shí)，將大電流高功率寬頻帶的高斯偶脈沖干擾信號(hào)注入到受試引線上，并把來(lái)自與受試設(shè)備相連的其他引線和設(shè)備的電流影響隔離開(kāi)來(lái)。它屬于無(wú)線電騷擾和抗擾度測(cè)量的電磁兼容領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著工業(yè)發(fā)展的需要，電子設(shè)備日益復(fù)雜，特別是模擬電路和數(shù)字電路混合的情況越來(lái)越多，電路的工作頻率越來(lái)越高，這導(dǎo)致了電路之間的干擾日益嚴(yán)重，設(shè)備所處的電磁環(huán)境更加復(fù)雜，這就對(duì)設(shè)備的抗干擾能力提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。如何對(duì)設(shè)備抗干擾能力進(jìn)行有效測(cè)試顯得尤其重要。
[0003]去親/親合網(wǎng)絡(luò)⑶N (Coupling Decoupling Network)單元是射頻感應(yīng)的傳導(dǎo)抗擾度測(cè)試系統(tǒng)的重要組成部分，其作用是使騷擾信號(hào)耦合到連接受試設(shè)備(EUT)的電纜上，同時(shí)避免對(duì)由同一信號(hào)或信號(hào)源供電的非受試設(shè)備產(chǎn)生不利的影響。去耦/耦合網(wǎng)絡(luò)由去耦單元和網(wǎng)絡(luò)單元組成，CDN網(wǎng)絡(luò)的主要指標(biāo)有共模阻抗，耦合系數(shù)和去耦系數(shù)。其中共模阻抗是指在受試端口上共模電壓與共模電流之比；耦合系數(shù)是指在耦合裝置的受試設(shè)備端口(EUT)所獲得的開(kāi)路電壓與信號(hào)發(fā)生器輸出端的開(kāi)路電壓之比；去耦系數(shù)是指當(dāng)受試設(shè)備沒(méi)有與去耦/耦合網(wǎng)絡(luò)連接時(shí)，在去耦網(wǎng)絡(luò)電源輸入端上的殘余浪涌電壓與所施加電壓之比。耦合網(wǎng)絡(luò)的耦合方式應(yīng)根據(jù)被試電路的功能和運(yùn)行情況來(lái)加以選擇，不合適的耦合網(wǎng)絡(luò)則可能導(dǎo)致EUT端口的波形產(chǎn)生嚴(yán)重的畸變，不能良好的反映騷擾信號(hào)對(duì)受試設(shè)備的影響；然而去耦網(wǎng)絡(luò)的選擇既要提供較高的共模抑制阻抗，也要考慮到插入損耗的影響，去耦網(wǎng)絡(luò)的串聯(lián)阻抗常常成為限制數(shù)據(jù)傳輸有效帶寬的主要因素。
[0004]耦合網(wǎng)絡(luò)的研宄已有很多，傳導(dǎo)騷擾抗擾度試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)中的耦合網(wǎng)絡(luò)主要包括:用于屏蔽電纜的CDN-S型耦合、用于非屏蔽不平衡線的CDN-M型耦合網(wǎng)絡(luò)、用于非屏蔽不平衡線的CDN-AF2耦合網(wǎng)絡(luò)、用于非屏蔽平衡線的CDN-T2型耦合網(wǎng)絡(luò)、用于非屏蔽平衡線的⑶N-T4、T8型耦合網(wǎng)絡(luò)。但是這些方法，由于結(jié)構(gòu)原因大多數(shù)耦合網(wǎng)絡(luò)在頻率達(dá)到10KHz時(shí)使用時(shí)受到限制。然而日益嚴(yán)峻復(fù)雜的電磁環(huán)境下，我們愈發(fā)需要考慮大電流高功率寬頻帶的干擾信號(hào)注入電源線后設(shè)備的抗干擾能力，目前的耦合網(wǎng)絡(luò)還沒(méi)有相關(guān)的設(shè)
i+o
[0005]超寬帶(Ultra Wideband—簡(jiǎn)稱(chēng)UWB)通信技術(shù)是一種新的無(wú)線通信技術(shù)。該技術(shù)以納秒量級(jí)極窄脈沖為傳輸載體，通過(guò)脈沖的時(shí)位調(diào)制或極性調(diào)制來(lái)傳輸信息，特別適用于室內(nèi)等密集多徑場(chǎng)所的高速無(wú)線接入和軍事通信應(yīng)用中。UWB極窄脈沖占據(jù)極寬的頻帶，典型UWB無(wú)線通信信號(hào)具有GHz以上的帶寬。其極寬的頻譜范圍同時(shí)覆蓋了許多常規(guī)無(wú)線通信系統(tǒng)，包括GPS、蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)、PCS、衛(wèi)星射頻通信以及各種無(wú)線互連系統(tǒng)，UffB信號(hào)將不可避免地對(duì)常規(guī)窄帶通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。通過(guò)研宄表明，以高斯偶脈沖為主的多高斯偶脈沖作為測(cè)試信號(hào)，可以有效地模擬同時(shí)存在的多個(gè)信號(hào)、且每個(gè)信號(hào)包含多個(gè)頻率所形成的電磁環(huán)境，它比常規(guī)的脈沖騷擾信號(hào)能夠更加有效的代表復(fù)雜電磁環(huán)境下的干擾信號(hào)，對(duì)于我們開(kāi)展傳導(dǎo)敏感度試驗(yàn)具有重要的意義。
[0006]本發(fā)明設(shè)計(jì)的大電流高功率寬頻帶高斯偶脈沖電源線注入耦合網(wǎng)絡(luò)對(duì)于進(jìn)一步提高復(fù)雜電磁環(huán)境下傳導(dǎo)敏感度試驗(yàn)的可靠性意義重大。我們將大電流高功率寬頻帶的高斯偶脈沖通過(guò)此注入網(wǎng)絡(luò)注入到電源線纜中，同時(shí)把來(lái)自與受試設(shè)備相連的其他引線和設(shè)備的電流影響隔離開(kāi)來(lái)，可準(zhǔn)確的反映在復(fù)雜電磁干擾環(huán)境下，電源線纜上受到干擾情況，有助于優(yōu)化抗干擾度測(cè)試。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]1、發(fā)明目的
[0008]由于電子設(shè)備隨工業(yè)發(fā)展日益復(fù)雜，數(shù)?；旌想娐吩絹?lái)越多，電路的工作頻率越來(lái)越高，電磁環(huán)境中的噪聲干擾更加復(fù)雜，逐漸延伸到大電流高功率寬頻帶范圍內(nèi)，對(duì)設(shè)備的抗干擾能力提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。而目前傳統(tǒng)的耦合網(wǎng)絡(luò)只是針對(duì)簡(jiǎn)單的脈沖干擾信號(hào)，覆蓋信號(hào)頻帶窄，功率低，不能很好的應(yīng)用到如此寬頻帶大電流高功率的干擾信號(hào)注入抗擾度試驗(yàn)中。本發(fā)明提供一種針對(duì)此種大電流高功率寬頻帶復(fù)雜干擾信號(hào)類(lèi)型的電源線耦合網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建方法。這種耦合網(wǎng)絡(luò)通過(guò)簡(jiǎn)單的R、L、C電路，有效的將模擬復(fù)雜噪聲的超寬帶大功率高斯偶脈沖信號(hào)注入到電源線纜上，觀察加上干擾信號(hào)后電源線輸出端的信號(hào)受干擾情況，進(jìn)行設(shè)備電源線抗干擾度測(cè)試。
[0009]2、技術(shù)方案
[0010](I)本發(fā)明是一種高斯偶脈沖大電流高功率寬頻帶電源線注入耦合網(wǎng)絡(luò)，它由去耦網(wǎng)絡(luò)和耦合網(wǎng)絡(luò)這兩部分組成。它與現(xiàn)已存在的耦合網(wǎng)絡(luò)不同之處在于，該耦合網(wǎng)絡(luò)是它可適用于大電流高功率寬頻帶的復(fù)雜干擾信號(hào)，在本設(shè)計(jì)中以大電流高功率寬頻帶的高斯偶脈沖干擾信號(hào)為例。
[0011]電源線去耦耦合網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
[0012]本設(shè)計(jì)以大電流高功率寬頻帶的高斯偶脈沖信號(hào)做干擾信號(hào)為例。去耦耦合網(wǎng)絡(luò)主要分為兩部分進(jìn)行設(shè)計(jì):耦合網(wǎng)絡(luò)，去耦網(wǎng)絡(luò)。耦合和去耦網(wǎng)絡(luò)的主要指標(biāo)有共模阻抗、耦合網(wǎng)絡(luò)系數(shù)，去耦網(wǎng)絡(luò)系數(shù)。其中共模阻抗是指在受試設(shè)備端口上共模電壓與共模電流之比；耦合系數(shù)是指在耦合裝置的受試設(shè)備端口所獲得的開(kāi)路電壓與信號(hào)發(fā)生器輸出端上的開(kāi)路電壓之比；去耦系數(shù)是指干擾信號(hào)通過(guò)耦合網(wǎng)絡(luò)耦合到電源線輸入端的干擾電壓與信號(hào)發(fā)生器輸出端上的干擾電壓之比。
[0013]a.耦合網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
[0014]耦合網(wǎng)絡(luò)作用是將干擾信號(hào)注入到電源線中。我們注入的高斯偶脈沖信號(hào)具有大電流高功率寬頻帶的特性。一般信號(hào)耦合到EUT上的方式有電容耦合和變壓器耦合，其中電容傳輸時(shí)，信號(hào)的相位要延遲些，用變壓器傳輸時(shí)，信號(hào)的高頻成分要損失一些。對(duì)于本例子，我們選擇耦合電容來(lái)進(jìn)行耦合。
[0015]為了耦合寬頻帶的干擾信號(hào)，我們?cè)O(shè)計(jì)添加LC串聯(lián)電路。這樣的設(shè)計(jì)相較于傳統(tǒng)的電容耦合添加了諧振點(diǎn)，優(yōu)化了耦合網(wǎng)絡(luò)的頻率響應(yīng)，擴(kuò)大了寬帶范圍。LC串聯(lián)電路與電阻串聯(lián)，串聯(lián)電阻的參數(shù)設(shè)計(jì)可方便調(diào)節(jié)耦合到電源線網(wǎng)絡(luò)上的電壓，但是這個(gè)串聯(lián)電阻不能過(guò)大，以免損耗太多能量，不能完整的將大電流高功率寬頻帶的高斯偶脈沖信號(hào)耦合到電源線網(wǎng)絡(luò)上。
[0016]b.去耦網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
[0017]去耦網(wǎng)絡(luò)的作用是為浪涌波提供足夠的去耦阻抗，避免浪涌竄入電網(wǎng)對(duì)由同一電源供電的非受試設(shè)備產(chǎn)生不利影響。此外，連接到同一電源的其他設(shè)備可能含有防雷器件，在不使用去耦網(wǎng)絡(luò)的情況下，非受試設(shè)備上防雷器件會(huì)阻止EUT上浪涌的施加及影響浪涌試驗(yàn)結(jié)果。
[0018]去耦網(wǎng)絡(luò)用來(lái)防止浪涌竄入電網(wǎng)影響其他非受試設(shè)備，可以通過(guò)設(shè)計(jì)電感電容LC 二階低通濾波器，根據(jù)選擇合適的極點(diǎn)頻率，設(shè)計(jì)電路元件參數(shù)，濾除網(wǎng)絡(luò)中的高頻噪聲，避免過(guò)多的干擾信號(hào)涌入電源線側(cè)干擾電源網(wǎng)絡(luò)的正常工作，使CDN網(wǎng)絡(luò)的去耦性能滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。在去耦網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)中我們可以通過(guò)設(shè)置合適的電感的設(shè)計(jì)來(lái)提高共模輸入阻抗，較大的串聯(lián)電感值有助于提高共模抑制阻抗，避免共模噪聲對(duì)電源線端的干擾，提高CDN網(wǎng)絡(luò)整體抑制噪聲干擾的能力。
[0019]電源線去耦耦合網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)設(shè)計(jì)
[0020]a.耦合網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)計(jì)
[0021]為了將大電流高功率寬頻帶的高斯偶脈沖干擾信號(hào)耦合到EUT端口，需要分別對(duì)耦合網(wǎng)絡(luò)中LC串聯(lián)電路參數(shù)、變壓器參數(shù)、電阻參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。
[0022]耦合網(wǎng)絡(luò)中LC串聯(lián)可以增加諧振點(diǎn)，擴(kuò)寬通帶頻率范圍，耦合網(wǎng)絡(luò)的頻率響應(yīng)范圍也相應(yīng)的增大。這里選取L為0.5-1.5nH，C為0.5-1.5uF，串聯(lián)的電阻阻值均為20-30歐姆。耦合網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)拓?fù)淙鐖D2所示。
[0023]在ADS仿真軟件中對(duì)該耦合網(wǎng)絡(luò)性能進(jìn)行仿真分析。對(duì)電源線施加一個(gè)幅度為500V，脈沖寬度為4ns，周期為Ims的高斯偶脈沖干擾信號(hào)。干擾信號(hào)通過(guò)耦合網(wǎng)絡(luò)耦合到電源線，仿真得到耦合到電源線端的電壓如圖6所示。可知耦合電壓峰值為380V，得到的耦合信號(hào)波形與信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的干擾信號(hào)波形相似，且仍然保留高斯偶脈沖大電流高功率寬頻帶的特點(diǎn)，如圖6-b所示。該耦合網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)耦合網(wǎng)絡(luò)特性的要求。
[0024]b.去耦網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)計(jì)
[0025]國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定:“當(dāng)受試設(shè)備、供電網(wǎng)絡(luò)未與耦合/去耦網(wǎng)絡(luò)連接時(shí)，在去耦網(wǎng)絡(luò)電源輸入端上的殘余浪涌電壓不應(yīng)超過(guò)所施加電壓的15%或電源電壓峰值的兩倍，兩者中取大者”。即標(biāo)準(zhǔn)要求去耦網(wǎng)絡(luò)對(duì)浪涌信號(hào)的衰減要多16dB。
[0026]增大去耦網(wǎng)絡(luò)中的電感值或電容值可顯著降低電源端浪涌殘余電壓。若EUT額定電流較大，則考慮到電源電壓降落的問(wèn)題，宜選取小的電感值，相應(yīng)要增大去耦電容值。L的選取不宜太大，否則既會(huì)使CDN上有較大的電壓降落，又會(huì)造成電感體積龐大，給生產(chǎn)制造和安裝帶來(lái)不便。
[0027]在ADS仿真軟件中對(duì)該去耦網(wǎng)絡(luò)性能進(jìn)行仿真分析。對(duì)電源線網(wǎng)絡(luò)施加一個(gè)幅度為500V，脈沖寬度為4ns，周期為Ims的高斯偶脈沖干擾信號(hào)。通過(guò)去耦網(wǎng)絡(luò)，電源線一側(cè)的浪涌信號(hào)幅度較小達(dá)到uV級(jí)別，如圖8、圖10所示(分別為干擾信號(hào)添加到電源線線-線之間、以及電源線線-地之間時(shí)的電源側(cè)浪涌信號(hào)波形)。可見(jiàn)去耦性能良好，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)去耦網(wǎng)絡(luò)的要求。
[0028]綜上所述，本發(fā)明涉及一種高斯偶脈沖大電流高功率寬頻帶電源線注入耦合網(wǎng)絡(luò)，它是由耦合單元和去耦單元組成。其耦合單元由電感、電容、電阻組成，其中電感電容串聯(lián)可添加串聯(lián)諧振點(diǎn)，增大耦合干擾信號(hào)的頻帶帶寬，然后該LC串聯(lián)諧振電路與兩個(gè)電阻串聯(lián)(如圖2所示)，將干擾信號(hào)耦合到電源線上。去耦單元由電感、電容組成，電感電容組成低通濾波器，用以濾除高頻的噪聲信號(hào)，通過(guò)設(shè)置合適的串聯(lián)電感值，可以保證在插入損耗滿足要求的的條件下提供較大的共模抑制阻抗，有效抑制電源線中的共模噪聲。該CDN網(wǎng)絡(luò)的性能仿真計(jì)算在仿真軟件ADS中進(jìn)行，電路連接方式如圖4所示。干擾信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生干擾信號(hào)，通過(guò)CDN網(wǎng)絡(luò)的耦合單元與受試設(shè)備端相連，電源線電壓源通過(guò)CDN網(wǎng)絡(luò)的去耦單元連接到受試設(shè)備端。根據(jù)下面所述步驟分別仿真該CDN網(wǎng)絡(luò)的去耦性能，耦合性能以及共模抑制阻抗。
[0029](2)本發(fā)明一種高斯偶脈沖大電流高功率寬頻帶電源線注入耦合網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建方法，該設(shè)計(jì)構(gòu)建方法的具體實(shí)施步驟如下:
[0030]步驟一:建立大電流高功率寬頻帶高斯偶脈沖干擾信號(hào)發(fā)生器電路，如圖1中所示。該電路由R、L、C電路連接組成微分電路，將輸入到該電路中的寬脈沖序列，經(jīng)過(guò)此微分電路轉(zhuǎn)換，得到我們需要的高斯偶脈沖信號(hào)。微分電路參數(shù)的選取將影響著脈沖信號(hào)的帶寬。
[0031]步驟二:設(shè)計(jì)耦合網(wǎng)絡(luò)，它由LC諧振電路，串聯(lián)電阻組成。耦合網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的作用是將干擾信號(hào)耦合到電源線上。
[0032]步驟三:設(shè)計(jì)去耦網(wǎng)絡(luò)，它由電感電容組成，構(gòu)建二階低通濾波器。去耦網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的作用是避免浪涌竄入電網(wǎng)對(duì)由同一電源供電的非受試設(shè)備產(chǎn)生不利影響。
[0033]步驟四:添加電壓源，設(shè)置其頻率、幅值參數(shù)，模擬電源線給出的電壓。添加負(fù)載，設(shè)置其阻抗參數(shù)，模擬受測(cè)儀器EUT端。
[0034]步驟五:將步驟一到四中的電路級(jí)聯(lián)組成電源線線-線之間電磁敏感性測(cè)試電路。分別在信號(hào)發(fā)生器輸出端，受測(cè)設(shè)備處添加電壓探針，觀測(cè)耦合到EUT上的信號(hào)，得到耦合系數(shù)。
[0035]步驟六:去掉電源，觀測(cè)干擾信號(hào)通過(guò)耦合網(wǎng)絡(luò)、去耦網(wǎng)絡(luò)后耦合到電源測(cè)線-線之間的浪涌電壓，得到去耦系數(shù)。
[0036]步驟七:將步驟六中的電路連接改成電源線線-地之間電磁敏感性測(cè)試電路。去掉電源，觀測(cè)干擾信號(hào)通過(guò)耦合網(wǎng)絡(luò)、去耦網(wǎng)絡(luò)后耦合到電源測(cè)線-地之間的浪涌電壓，得到去耦系數(shù)。步驟八:仿真該網(wǎng)絡(luò)的共模抑制阻抗。將干擾信號(hào)發(fā)生器電路用一個(gè)端接電阻代替，電源線測(cè)電壓源開(kāi)路，在負(fù)載端測(cè)量整個(gè)CDN網(wǎng)絡(luò)的共模抑制阻抗。
[0037]3、優(yōu)點(diǎn)及功效
[0038]I)該設(shè)計(jì)新穎之處在于耦合網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)。它克服了傳統(tǒng)電容耦合方法局限于一定帶寬，局限于小信號(hào)干擾電壓耦合的設(shè)計(jì)。該結(jié)構(gòu)采用LC串聯(lián)諧振電路，添加諧振頻點(diǎn)，拓寬了耦合頻帶范圍。
[0039]2)該設(shè)計(jì)使大電流高功率寬頻帶的高斯偶脈沖信號(hào)注入到電源線網(wǎng)絡(luò)中，使得注入干擾可以有效地模擬同時(shí)存在的多個(gè)信號(hào)、信號(hào)中包含多個(gè)頻率所形成的電磁環(huán)境，更有效的開(kāi)展傳導(dǎo)敏感度實(shí)驗(yàn)。
[0040]3)該CDN網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)適用于電源線的去耦耦合網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，它在耦合系數(shù)、去耦系數(shù)、共模抑制阻抗上都有著很好的表現(xiàn)，可以很好的將干擾信號(hào)注入到電源線上，同時(shí)有效地阻止浪涌電壓耦合到電源線電壓源一側(cè)。
[0041]4)該設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)過(guò)程中根據(jù)不同的信號(hào)發(fā)生器輸出阻抗和線地之間的阻抗，調(diào)節(jié)電阻即可實(shí)現(xiàn)良好的耦合去耦性能。結(jié)構(gòu)參數(shù)少，大大節(jié)省設(shè)計(jì)的時(shí)間。
[0042]5)該設(shè)計(jì)中各元器件參數(shù)都是正常大小，成本較低，易于實(shí)現(xiàn)，方便應(yīng)用到實(shí)際中去。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0043]圖1是本發(fā)明中大電流高功率寬頻帶高斯偶脈沖干擾信號(hào)發(fā)生器電路圖
[0044]圖2是本發(fā)明中耦合網(wǎng)絡(luò)電路圖
[0045]圖3是本發(fā)明中去耦網(wǎng)絡(luò)電路圖
[0046]圖4是本發(fā)明中整體傳導(dǎo)敏感性測(cè)試電路圖
[0047]圖5a為信號(hào)發(fā)生器輸出的高斯偶脈沖干擾信號(hào)在0-20ms時(shí)間段內(nèi)的時(shí)域波形圖
[0048]圖5b為信號(hào)發(fā)生器輸出的高斯偶脈沖干擾信號(hào)在0_5ns時(shí)間段內(nèi)的時(shí)域波形圖
[0049]圖6a為電源線上沒(méi)有電壓源時(shí)，通過(guò)耦合電路耦合到受測(cè)設(shè)備端的干擾信號(hào)在0-20ms時(shí)間內(nèi)的波形圖
[0050]圖6b是電源線上沒(méi)有電壓源時(shí)，通過(guò)耦合電路耦合到受測(cè)設(shè)備端的干擾信號(hào)在0-5ns時(shí)間內(nèi)的波形圖
[0051]圖7a是電源線上有電壓源時(shí)，通過(guò)耦合電路耦合到受測(cè)設(shè)備端的干擾信號(hào)在0-20ms時(shí)間內(nèi)的波形圖
[0052]圖7b是電源線上有電壓源時(shí)，通過(guò)耦合電路耦合到受測(cè)設(shè)備端的干擾信號(hào)在0_5ns時(shí)間內(nèi)的波形圖
[0053]圖8是干擾信號(hào)通過(guò)耦合電路施加在線線之間時(shí)，電源測(cè)的浪涌信號(hào)電壓圖
[0054]圖9是仿真線地之間去耦效果的電路連接圖
[0055]圖10是干擾信號(hào)通過(guò)耦合電路施加在線地之間時(shí)，電源測(cè)的浪涌信號(hào)電壓圖
[0056]圖11是仿真該CDN網(wǎng)絡(luò)的共模抑制阻抗時(shí)的電路連接示意圖
[0057]圖12是該⑶N網(wǎng)絡(luò)的共模抑制阻抗曲線圖
[0058]圖13是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖
[0059]圖中符號(hào)說(shuō)明如下:
[0060]Out:信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生干擾信號(hào)輸出端的電壓探針
[0061]Vc:干擾信號(hào)經(jīng)耦合網(wǎng)絡(luò)耦合到受測(cè)設(shè)備端電源線上的電壓探針
[0062]Vd:干擾信號(hào)經(jīng)去耦網(wǎng)絡(luò)在電源側(cè)的浪涌信號(hào)電壓探針

【具體實(shí)施方式】
[0063]下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0064]本發(fā)明針對(duì)電磁敏感性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)了一種新型⑶N去耦耦合網(wǎng)絡(luò)。該⑶N網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)區(qū)別于傳統(tǒng)純電容耦合的CDN網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，加入了 LC諧振電路、匹配電阻的設(shè)計(jì)思想，實(shí)現(xiàn)了大電流高功率寬頻帶的高斯偶脈沖干擾信號(hào)的注入，并且該CDN網(wǎng)絡(luò)保證了干擾信號(hào)涌入電源測(cè)的浪涌信號(hào)很少。本研宄中注入的高斯偶脈沖干擾信號(hào)比常規(guī)的脈沖騷擾信號(hào)能夠更有效的代表復(fù)雜電磁環(huán)境下的干擾信號(hào)，對(duì)于開(kāi)展傳導(dǎo)敏感度實(shí)驗(yàn)具有重要的意義。
[0065]見(jiàn)，13，本發(fā)明中的一種高斯偶脈沖大電流高功率寬頻帶電源線注入耦合網(wǎng)絡(luò)，由耦合網(wǎng)絡(luò)和去耦網(wǎng)絡(luò)組成，他們的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分別如圖2和圖3所示。耦合網(wǎng)絡(luò)由LC諧振電路、匹配電阻組成。圖2中耦合網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)如下:電感L2值為0.5-1.5nH,電容C2值為0.5-1.5uF，電阻R3，R4均為20_30ohm。去耦網(wǎng)絡(luò)由電感電容組成二階低通濾波器，圖3中去耦網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)如下:電感線圈的電感L3，L4值均為0.5-1.5mH，并聯(lián)電容C3，C4，C5值均為0.5-1.5uFo該拓?fù)渲写?lián)電感線圈提供較大的共模阻抗，抑制共模信號(hào)傳輸，有效的抑制電源線上可能存在的共模噪聲。
[0066]為了驗(yàn)證該新型CDN電路的性能，我們?cè)贏DS中搭建電路進(jìn)行仿真分析。大電流高功率寬頻帶的高斯偶脈沖干擾信號(hào)由干擾信號(hào)發(fā)生電路提供，如圖1所示。該電路中輸入一個(gè)寬脈沖序列，經(jīng)過(guò)微分電路轉(zhuǎn)換，得到高斯偶脈沖信號(hào)。圖1中干擾信號(hào)發(fā)生電路的參數(shù)如下:R1為68kohm，R2為25ohm，Cl為32pF，Ll為1400uH，輸入電壓源幅度為600V，延遲為0ns，脈沖寬度2ns，周期為1ms，電路最終可產(chǎn)生幅度為500V，偶脈沖寬度為4ns，周期為Ims的高斯偶脈沖干擾信號(hào)。
[0067]在進(jìn)行傳導(dǎo)敏感度試驗(yàn)仿真的時(shí)候，電源線與上述去耦網(wǎng)絡(luò)相連，然后接到負(fù)載端。信號(hào)發(fā)生器提供高斯偶脈沖干擾信號(hào)，然后通過(guò)上述耦合網(wǎng)絡(luò)注入到負(fù)載端。傳導(dǎo)敏感度試驗(yàn)仿真電路如圖4所示。
[0068]按照?qǐng)D4中電路連接，設(shè)好元器件參數(shù)之后，我們來(lái)仿真?zhèn)鲗?dǎo)敏感度試驗(yàn)中這種新型的CDN耦合去耦網(wǎng)絡(luò)的耦合和去耦性能。步驟如下:
[0069]步驟一:將信號(hào)發(fā)生器電路中的電源設(shè)置為幅值為600V，脈沖寬度為2ns，周期為Ims的脈沖信號(hào)。經(jīng)過(guò)信號(hào)發(fā)生器電路，我們以期得到一個(gè)脈沖寬度為4ns，周期為Ims的大電流高功率寬頻帶高斯偶脈沖干擾信號(hào)。在圖4中電阻R2端口設(shè)置一個(gè)電壓探針，命名為out，使用transient控件仿真探針out處的輸出電壓，即信號(hào)發(fā)生器的輸出干擾信號(hào)，如圖5a-b所示。其中圖5a是在0-20ms時(shí)間段的干擾信號(hào)波形，圖5b是將時(shí)間段縮短，觀察該高斯偶脈沖信號(hào)的波形?？梢钥吹轿覀兊玫搅怂璧拿}沖幅度最大值為500V，寬度為4ns,周期為Ims的大電流高功率寬頻帶高斯偶脈沖干擾信號(hào)。
[0070]步驟二:將模擬電源線上電壓的電壓源設(shè)置為deactive的狀態(tài)。通過(guò)耦合網(wǎng)絡(luò)將信號(hào)發(fā)生器中的高斯偶脈沖信號(hào)耦合到受測(cè)設(shè)備端的電源線上。如圖4所示，在用來(lái)代表受測(cè)設(shè)備的R5—端添加一個(gè)電壓探針，命名為Vc，再次仿真，觀察干擾信號(hào)在負(fù)載端耦合的電壓值，如圖6a_b所不。其中圖6a代表0_20ms時(shí)間段內(nèi)的親合干擾信號(hào)，圖6b代表將a圖中的尖峰信號(hào)放大時(shí)，觀察到的干擾信號(hào)波形?？梢钥吹?，耦合到負(fù)載端的干擾信號(hào)仍然是一個(gè)高斯偶脈沖波形，脈沖最大值為380V，寬度為4ns，周期為lms。將其與輸入的干擾信號(hào)作比較，耦合效率較高，信號(hào)波形不失真，耦合情況良好。
[0071]步驟三:去掉步驟二中電壓源的deactive狀態(tài)，將其設(shè)置為幅值為220V，頻率為50Hz，模擬日常中的電源線電壓。再次仿真，觀察探針Vc端的電壓。此時(shí)的電壓即為受測(cè)設(shè)備正常工作時(shí)，電源線上耦合干擾信號(hào)后的波形。如圖7a-b所示，其中圖7a為0-20ms時(shí)間段內(nèi)的波形，圖7b為將該波形上的0-5ns處尖峰信號(hào)放大后的波形。我們可以看到，正常工作時(shí)施加干擾信號(hào)，受測(cè)設(shè)備端的信號(hào)為電源電壓和干擾信號(hào)的疊加。
[0072]步驟四:保持電壓源端的deactive狀態(tài)。按照?qǐng)D4中去耦網(wǎng)絡(luò)中的耦合電容C5端添加電壓探針，命名為Vd。再次仿真，此時(shí)觀察干擾信號(hào)在電源側(cè)殘留的浪涌信號(hào)大小。觀察到的波形如圖8所示，可以看到500V的高斯偶脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)去耦網(wǎng)絡(luò)的濾波只在電源一側(cè)殘留極少的uV級(jí)的浪涌信號(hào)。仿真結(jié)果證明該耦合去耦網(wǎng)絡(luò)能夠滿足國(guó)家關(guān)于“去耦網(wǎng)絡(luò)對(duì)浪涌信號(hào)的衰減要多16dB”的規(guī)定。
[0073]步驟五:按照?qǐng)D9中所述連接電路，模擬電源線上電壓的電壓源仍然設(shè)置為deactive的狀態(tài)，仿真該在線地之間去耦網(wǎng)絡(luò)的去耦效果。Vd位置不變，再次仿真，結(jié)果如圖10所示?？梢钥吹皆陔娫磦?cè)的浪涌電壓仍然為UV級(jí)，證明該耦合去耦網(wǎng)絡(luò)在施加干擾信號(hào)到電源線線-地之間時(shí)，仍具有很好的去耦性能。
[0074]步驟六:將圖4中的干擾信號(hào)發(fā)生器網(wǎng)絡(luò)去掉，用一個(gè)端接電阻來(lái)代替。去掉電源線上的電壓源，將其開(kāi)路。在負(fù)載端添加共模阻抗仿真電路，如圖9所示，為仿真CDN網(wǎng)絡(luò)共模阻抗的連接電路示意圖。去掉模擬受測(cè)設(shè)備負(fù)載的電阻，并添加一個(gè)4端口巴倫balun，分別與原負(fù)載的兩端相連。在4-port Balun的Common輸出端加上Terml，在DIFF輸出端添加Term2，通過(guò)S parameter控件仿真得到Common輸出端的共模阻抗，⑶N共模阻抗仿真電路示意圖如圖11所示。從圖12中的結(jié)果，可知該CDN網(wǎng)絡(luò)可以提供很大的共模抑制阻抗，滿足抑制共模噪聲的要求。
【權(quán)利要求】
1.一種高斯偶脈沖大電流高功率寬頻帶電源線注入耦合網(wǎng)絡(luò)，其特征在于:它是由耦合單元和去耦單元組成，其耦合單元由電感、電容、電阻組成，其中電感電容串聯(lián)添加串聯(lián)諧振點(diǎn)，增大耦合干擾信號(hào)的頻帶帶寬，然后該LC串聯(lián)諧振電路與兩個(gè)電阻串聯(lián)，將干擾信號(hào)耦合到電源線上；去耦單元由電感、電容組成，電感電容組成低通濾波器，用以濾除高頻的噪聲信號(hào)，通過(guò)設(shè)置合適的串聯(lián)電感值，保證在插入損耗滿足要求的的條件下提供較大的共模抑制阻抗，有效抑制電源線中的共模噪聲。
2.—種高斯偶脈沖大電流高功率寬頻帶電源線注入耦合網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建方法，其特征在于:該方法的具體步驟如下: 步驟一:建立大電流高功率寬頻帶高斯偶脈沖干擾信號(hào)發(fā)生器電路，該電路由R、L、C電路連接組成微分電路，將輸入到該電路中的寬脈沖序列，經(jīng)過(guò)此微分電路轉(zhuǎn)換，得到需要的高斯偶脈沖信號(hào)，微分電路參數(shù)的選取將影響著脈沖信號(hào)的帶寬； 步驟二:設(shè)計(jì)耦合網(wǎng)絡(luò)，它由LC諧振電路，串聯(lián)電阻組成，耦合網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的作用是將干擾信號(hào)耦合到電源線上； 步驟三:設(shè)計(jì)去耦網(wǎng)絡(luò)，它由電感電容組成，構(gòu)建二階低通濾波器；去耦網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的作用是避免浪涌竄入電網(wǎng)對(duì)由同一電源供電的非受試設(shè)備產(chǎn)生不利影響； 步驟四:添加電壓源，設(shè)置其頻率、幅值參數(shù)，模擬電源線給出的電壓，添加負(fù)載，設(shè)置其阻抗參數(shù)，模擬受測(cè)儀器EUT端； 步驟五:將步驟一到四中的電路級(jí)聯(lián)組成電源線線-線之間電磁敏感性測(cè)試電路?’分別在信號(hào)發(fā)生器輸出端，受測(cè)設(shè)備處添加電壓探針，觀測(cè)耦合到EUT上的信號(hào)，得到耦合系數(shù)； 步驟六:去掉電源，觀測(cè)干擾信號(hào)通過(guò)耦合網(wǎng)絡(luò)、去耦網(wǎng)絡(luò)后耦合到電源測(cè)線-線之間的浪涌電壓，得到去耦系數(shù)； 步驟七:將步驟六中的電路連接改成電源線線-地之間電磁敏感性測(cè)試電路；去掉電源，觀測(cè)干擾信號(hào)通過(guò)耦合網(wǎng)絡(luò)、去耦網(wǎng)絡(luò)后耦合到電源測(cè)線-地之間的浪涌電壓，得到去耦系數(shù)； 步驟八:仿真該網(wǎng)絡(luò)的共模抑制阻抗，將干擾信號(hào)發(fā)生器電路用一個(gè)端接電阻代替，電源線測(cè)電壓源開(kāi)路，在負(fù)載端測(cè)量整個(gè)CDN網(wǎng)絡(luò)的共模抑制阻抗。
【文檔編號(hào)】G01R31/40GK104502861SQ201410776534
【公開(kāi)日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2014年12月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月15日
【發(fā)明者】閻照文, 熊瑛, 張偉 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)