设备天线端口、线缆端口响应值的检测系统及拟合方法

技术领域

本发明涉及电磁检测技术领域，尤其涉及一种设备天线端口、线缆端口响应值的检测系统及拟合方法。

背景技术

随着各种电子设备的研制和大规模应用，电子设备面临的电磁环境越来越复杂。大量事实表明，复杂电磁环境在设备的各个端口会产生有害的响应信号，造成设备功能性能的下降。因此电子设备能否适应复杂电磁环境，对电子设备在复杂电磁环境下功能性能的考核和验证非常重要。对于传统的电磁干扰，各类设备施加的限值有统一的明确限值，但是由于复杂电磁环境在时域、频域和能量域的多维度特性，对于电子设备在复杂电磁环境下性能考核的限值确定还缺少相应的方法和数据支撑。现有采用等效模型计算、仿真或者试验的方法得到的设备响应值，主要是针对单一干扰辐照下的结果，无法得到实际复杂电磁环境下的响应值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种设备天线端口、线缆端口响应值的检测系统及拟合方法，用于解决现有采用等效模型计算、仿真或者试验的方法得到的设备响应值，只针对单一干扰辐照下的结果，无法得到实际复杂电磁环境下的响应值的问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

提供一种设备天线端口响应值的检测系统，包括信号发生器、场强检测装置以及频谱仪；

所述信号发生器，用于生成不同频率的电磁辐射；

所述场强检测装置，放置在所述信号发生器对侧，用于对所述信号发生器的信号源幅度进行检测；

所述频谱仪，与被测电子设备的天线端口连接，用于识别天线端口在不同信号源幅度下产生的电压响应值的大小。

本发明的设备天线端口响应值的检测系统通过信号发生器提供不同频率的单一电磁辐射，模拟复杂环境的电磁辐射，场强检测装置能够对天线端口位置的电磁辐射信号源强度进行检测，频谱仪能够对不同信号源强度下天线端口产生的电压响应值进行检测。避免了传统建模因参数不准或者不全面导致的建立模型与实际设备差距较大、仿真结果不准确的问题，能够最大程度上与实际使用情况保持一致的配置，测试结果的准确度高，试验误差可以计算。

本发明还提供了一种设备线缆端口响应值的检测系统，包括信号发生器、场强检测装置、电磁耦合装置以及频谱仪；

所述信号发生器，用于生成不同频率的电磁辐射；

所述场强检测装置，放置在距离所述信号发生器对侧，用于对所述信号发生器的信号源幅度进行检测；

所述电磁耦合装置，与被测电子设备的线缆端口连接，用于将检测到的电磁信号转换为响应电流信号；

所述频谱仪，与所述电磁耦合装置连接，用于识别所述响应电流信号的大小。

本发明的设备线缆端口响应值的检测系统针对的电子设备得到现场检测，通过信号发生器提供不同频率的单一电磁辐射，模拟复杂环境的电磁辐射，场强检测装置能够对天线端口位置的电磁辐射信号源强度进行检测，电磁耦合装置能够将电缆端口位置的电磁信号转换为电流信号，由频谱仪对不同信号源强度下线缆端口产生的电流响应值进行检测。避免了传统建模因参数不准或者不全面导致的建立模型与实际设备差距较大、仿真结果不准确的问题，能够最大程度上与实际使用情况保持一致的配置，测试结果的准确度高，试验误差可以计算。

本发明还提供了一种基于设备天线端口响应值的检测系统的拟合方法，包括以下步骤：

确定电子设备的天线端口的数量；

对所述天线端口进行单一电磁辐射下的多频率测试，确定各个天线端口在不同频率电磁辐射下的电压响应值与信号源幅度的对应关系；

采用超限学习机对得到的对应关系进行拟合，确定各个天线端口的响应传递函数。

上述拟合方法，能够最大程度上与实际使用情况保持一致的配置，测试结果准确度高，试验误差可以计算。通过对测试数据的函数拟合，使得现场测试方法不再只局限于线性设备，对非线性设备也可以采用该方法，大大的拓宽了现场测试方法的应用范围。得到响应传递函数后，外界复杂的电磁环境可以通过计算转换成端口对应的响应值，从而得到电子设备在复杂电磁环境下的端口响应值，而不需要耗费大量资源去搭建真实的复杂电磁环境，再通过试验得到其响应值，具有很高的实用性。

本发明还提供了一种基于设备线缆端口响应值的检测系统的拟合方法，包括以下步骤：

确定电子设备的线缆端口的数量；

对所述设备线缆端口进行单一电磁辐射下的多频率测试，确定各个线缆端口在不同频率电磁辐射下的电流响应值与信号源幅度的对应关系；

采用超限学习机对得到的对应关系进行拟合，确定各个线缆端口的响应传递函数。

上述拟合方法，能够最大程度上与实际使用情况保持一致的配置，测试结果准确度高，试验误差可以计算。通过对测试数据的函数拟合，使得现场测试方法不再只局限于线性设备，对非线性设备也可以采用该方法，大大的拓宽了现场测试方法的应用范围。得到响应传递函数后，外界复杂的电磁环境可以通过计算转换成端口对应的响应值，从而得到电子设备在复杂电磁环境下的端口响应值，而不需要耗费大量资源去搭建真实的复杂电磁环境，再通过试验得到其响应值，具有很高的实用性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明一实施例提供的设备天线端口响应值的检测系统的示意性结构示意图；

图2为本发明另一实施例设备线缆端口响应值的检测系统的示意性结构示意图；

图3为本发明一实施例提供的基于设备天线端口响应值的检测系统的拟合方法的示意性流程图；

图4为本发明另一实施例提供的基于设备线缆端口响应值的检测系统的拟合方法。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。“若干”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

电子设备在外界电磁干扰下在不同的端口会产生耦合的信号响应，一般有天线端口、互连线端口等。采用等效模型计算或者仿真的方法对系统进行分析，得到端口的响应值。

等效模型计算方法是把典型互联电子设备在外界电磁场辐照条件下简化成传输网络，把电子设备外部端口的干扰等效为无源阻抗元件和等效电压源，将干扰的等效戴维南等效电路与电子设备的等效阻抗结合起来得到电子设备辐照等效电路。在辐照条件下，由分布场激励源形成的等效电路开路电压可以应用BLT方程进行求解。可以采用Agrawal模型，求得等效开路电压与入射电场之间的传递函数，在电子设备等效阻抗已知的条件下，可以求得其在外部辐照条件下的响应。对于单频点连续波的外界干扰，电子设备的阻抗是固定值，但是对于宽频带的干扰，电子设备的阻抗是随着频率变化的量，难以准确的计算和测试，这就给计算得到电子设备在外界辐射干扰下的响应带来了很大难度。

仿真的方法基础是电磁计算学，核心思想是将麦克斯韦方程进行离散化处理，再用相应的数值方法求解方程。采用电磁仿真软件，一般需要进行以下步骤：

(1)将需要仿真的电子设备简化成软件可以处理的模型，对于设备的互连线和天线端口，在软件中设置其几何尺寸和材料等参数，便可以变成软件可以计算的模型；

(2)将模型分为数量有限的若干模块的组合，划分之后，程序会根据自动检测到的周围的金属结构，自动划分网格；

(3)实施模型等效，采用求解器对选好的模型的参量进行计算，把(2)中每个模块变成一个等效电路，将所有等效电路连接之后便形成了使用的电路模型；

(4)使用电路仿真器对(3)中形成的电路模型进行计算，并根据实际情况定义设备连接的负载，从而得到各个端口的响应结果值。

采用仿真的方法需要对电子设备进行精确的建模，但是实际中各种设备差别较大，建模的准确度难以保证，因此仿真结果的准确度偏差较大。

此外也可以采用试验的方法进行现场测试，选择需要测试的电子设备，进行低场强的外部电磁干扰辐照试验，保证被测电子设备的响应处在线性区的条件下，监测被测设备的响应波形，得到试验条件下的响应值。然后为了得到高场强下电子设备端口的响应值，需要对低场强辐照下的响应值进行线性外推，得到实际外部电磁环境下电子设备端口响应值。但是该方法假设高、低电磁干扰辐照下在电子设备端口的响应值具有相同的传递函数，对于非线性响应系统而言，这种方法存在较大的误差，实际使用的电子设备大部分为非线性响应系统。

采用上述等效模型计算、仿真或者试验的方法得到的设备响应值，主要是针对单一干扰辐照下的结果，无法得到实际复杂电磁环境下的响应值。

详见图1，针对以上问题，本发明实施例提供一种设备天线端口响应值的检测系统，包括信号发生器、场强检测装置以及频谱仪；

信号发生器，用于生成不同频率的电磁辐射；

场强检测装置，放置在信号发生器对侧，用于对信号发生器的信号源幅度进行检测；

频谱仪，与被测电子设备的天线端口连接，用于识别天线端口在不同信号源幅度下产生的电压响应值的大小。

具体实施时：

在确定电子设备的端口分布之后，对各个端口的响应值进行单一电磁环境下的测试。

对于天线端口，通过测试得到在外界电磁辐射环境下，天线端口的电压响应值。使用发射天线作为辐射器，直接照射被测试电子设备天线端口，具体布置见附图1，测试步骤如下：

1)发射天线、探头或接收天线、被测试电子设备天线端口等放置于暗室内，信号源、功率放大器、场强监视器和被测天线端口监测装置(频谱仪)置于暗室外；

2)发射天线口面距被试测天线口面通常距离为1m，若最大辐射场强不能达到预定要求，可适当减小发射天线与被测件的距离，被测天线端口对准发射天线中心位置；

3)将探头或接收天线放置在被测天线端口位置，调节信号源到预定场强值，记录信号源幅度；

4)将被测天线端口放置到场强探头的位置，信号源设定为3)中记录的幅度，监测被测天线端口针对电磁辐射的电压响应；

5)切换信号源至下一个频率点，重复以上两个试验步骤至完成所有频率点的试验。

本发明的设备天线端口响应值的检测系统针对的电子设备得到现场检测，通过信号发生器提供不同频率的单一电磁辐射，模拟复杂环境的电磁辐射，场强检测装置能够对天线端口位置的电磁辐射信号源强度进行检测，频谱仪能够对不同信号源强度下天线端口产生的电压响应值进行检测。避免了传统建模因参数不准或者不全面导致的建立模型与实际设备差距较大、仿真结果不准确的问题，能够最大程度上与实际使用情况保持一致的配置，测试结果的准确度高，试验误差可以计算。

作为一种可实施方式，信号发生器包括信号源、功率放大器以及发射天线；

信号源，用于生成电磁信号；

功率放大器，用于对电磁信号的频率进行比例放大，并通过发射天线向外界发送。

信号源能够产生固定频率的单一电磁信号，功率放大器会对电磁信号进行比例放大，将生成的固定频率的电磁信号转换为多种不同的频率，并通过发射天线发送。

作为一种可实施方式，所场强检测装置包括探头和场强监视器；

探头，放置在发射天线的对侧，被测电子设备天线端口处，用于接收电磁辐射；

场强监视器，与探头连接，用于根据探头传输的数据识别探头所在位置的信号源幅度。

探头和场强监视器能够对当前频率下的信号源幅度进行检测，探头会接收发射天线发送的电磁辐射，对接收到的电磁辐射进行处理，将处理后的数据发送给场强监视器，由场强监视器根据传输数据识别信号源幅度。

进一步的，在探头接收电磁辐射之前，还需要将信号源调节到预定场强，在信号源的预定场强无法达到时，适当减少探头与发射天线间的距离。

详见图2，本发明还提供了一种设备线缆端口响应值的检测系统，包括信号发生器、场强检测装置、电磁耦合装置以及频谱仪；

信号发生器，用于生成不同频率的电磁辐射；

场强检测装置，放置在距离信号发生器对侧，用于对信号发生器的信号源幅度进行检测；

电磁耦合装置，与被测电子设备的线缆端口连接，用于将检测到的电磁信号转换为响应电流信号；

频谱仪，与电磁耦合装置连接，用于识别响应电流信号的大小。

具体实施时：

对于线缆端口，通过测试得到在外界电磁辐射环境下，线缆端口的电流响应值。使用发射天线作为辐射器，将被测电子设备线缆端口置于发射天线的主波束内，测试线缆端口耦合到的响应信号值，具体布置见附图2，测试步骤如下：

1)发射天线、探头或接收天线、被测试电子设备和监测卡钳等放置于暗室内，信号源、功率放大器、场强监视器和被测线缆端口监测装置(电磁耦合装置和频谱仪)置于暗室外；

2)发射天线口面距被试测线缆端口通常距离为1m，若最大辐射场强不能达到预定要求，可适当减小天线与被测件的距离，被测线缆端口对准发射天线中心位置；

3)将场强探头放置在被测线缆端口位置，调节信号源到预定场强值，记录信号源的幅度；

4)将被测线缆端口放置到场强探头的位置，信号源设定为3)中记录的幅度，将电流卡钳卡在线缆端口，监测被测线缆端口的针对电磁辐射的电流响应；

5)切换信号源至下一个频率点，重复以上两个试验步骤至完成所有频率点的试验。

本发明的设备线缆端口响应值的检测系统针对的电子设备得到现场检测，通过信号发生器提供不同频率的单一电磁辐射，模拟复杂环境的电磁辐射，场强检测装置能够对线缆端口位置的电磁辐射信号源强度进行检测，电磁耦合装置能够将电缆端口位置的电磁信号转换为电流信号，由频谱仪对不同信号源强度下线缆端口产生的电流响应值进行检测。避免了传统建模因参数不准或者不全面导致的建立模型与实际设备差距较大、仿真结果不准确的问题，能够最大程度上与实际使用情况保持一致的配置，测试结果的准确度高，试验误差可以计算。

作为一种可实施方式，所信号发生器包括信号源、功率放大器以及发射天线；

信号源，用于生成电磁信号；

功率放大器，用于对电磁信号的幅度进行比例放大，并通过发射天线向外界发送。

信号源能够产生固定频率的单一电磁信号，功率放大器会对电磁信号进行比例放大，将生成的固定频率的电磁信号转换为多种不同的频率，并通过发射天线发送。

作为一种可实施方式，所场强检测装置包括探头和场强监视器；

探头，放置在发射天线的对侧，被测电子设备线缆端口处，用于接收电磁辐射；

所述场强监视器，与所述探头连接，用于根据所述探头传输的数据识别所述探头所在位置的信号源幅度。

探头和场强监视器能够对当前频率下的信号源幅度进行检测，探头会接收发射天线发送的电磁辐射，对接收到的电磁辐射进行处理，将处理后的数据发送给场强监视器，由场强监视器根据传输数据识别信号源幅度。

进一步的，在探头接收电磁辐射之前，还需要将信号源调节到预定场强，在信号源的预定场强无法达到时，适当减少探头与发射天线间的距离。

进一步的，频谱仪与被测电子设备天线端口的连接方式、探头与场强监视器的连接方式，可以是机械连接，亦可以是电连接或通过中间媒介连接。

详见图3，在图1对应实施例的基础上本发明还提供了一种基于设备天线端口响应值的检测系统的拟合方法，包括以下步骤：

S10：确定电子设备的天线端口的数量；

S20：对天线端口进行单一电磁辐射下的多频率测试，确定各个天线端口在不同频率电磁辐射下的电压响应值与信号源幅度的对应关系；

S30：采用超限学习机对得到的对应关系进行拟合，确定各个天线端口的响应传递函数。

上述拟合方法，能够最大程度上与实际使用情况保持一致的配置，测试结果准确度高，试验误差可以计算。通过对测试数据的函数拟合，使得现场测试方法不再只局限于线性设备，对非线性设备也可以采用该方法，大大的拓宽了现场测试方法的应用范围。得到响应传递函数后，外界复杂的电磁环境可以通过计算转换成端口对应的响应值，从而得到电子设备在复杂电磁环境下的端口响应值，而不需要耗费大量资源去搭建真实的复杂电磁环境，再通过试验得到其响应值，具有很高的实用性。

作为一种可实施方式，对天线端口进行单一电磁辐射下的多频率测试，确定各个天线端口在不同频率电磁辐射下的电压响应值与信号源幅度的对应关系，包括以下步骤：

对天线端口进行某一频率电磁辐射测试，记录当前频率电磁辐射下天线端口的电压响应值和信号源幅度；

切换电磁频率，记录不同频率电磁辐射下天线端口的电压响应值，直至完成所有频率电磁辐射下的电压响应值测试；

根据得到的数据确定电压响应值与信号源幅度间的对应关系。

通过对天线端口的电压响应值和信号源幅度的检测和记录，能够确定某一频率下天线端口的电压响应值和信号源幅度的对应关系，通过对电磁频率的切换，实现了对天线端口在不同频率辐射下电压响应值和信号源幅度对应关系的确定，为超限学习机的拟合提供数据支持。

具体拟合步骤如下：

通过试验得到天线端口电压响应值与外部电磁环境的对应关系，可以得到天线端口的响应传递函数，传递函数H(f)为

式中，E(f)为外部辐射电场场强值，即场强探头测量值；U(f)是天线端口的响应电压值，是天线端口响应测量值补偿线缆衰减后的值。

U(f)＝U

式中，U

通过上述测试步骤得到天线端口的传递函数后，对传递函数进行拟合。超限学习机(extreme learning machine，ELM)是一种神经网络模型，具备训练时间短，拟合精度高的特点，是一种数据驱动的建模方式。采用该模型，针对试验数据，对天线端口响应的传递函数进行拟合，方法如下，定义ELM网络输出数学模型为

式中：L是隐层节点数；β是输出神经元的加权系数；G是隐层节点的非线性激活函数；a

利用ELM可以较好的拟合天线端口的传递函数的映射关系，得到天线端口响应的传递函数。

同样分析电子设备的复杂电磁环境，主要为连续波信号和脉冲调制信号，采用电场强度和波形进行表示，电子设备的电磁环境中一般不只一个电磁信号，但是对于不同的电磁信号，该设备的线缆端口响应的传递函数不变。因此将复杂电磁环境中的各个电磁信号用频域表达式描述，与线缆端口响应的传递函数乘积，计算得到线缆端口的响应值。若还有其他线缆端口采用上述方法测试计算得到其他线缆端口的响应值。

这样通过测试计算被测电子设备在复杂电磁环境下所有天线端口和线缆端口的响应值函数，得到被测电子设备在复杂电磁环境下的响应。

详见图4，在图2对应实施例的基础上，本发明还提供了一种基于设备线缆端口响应值的检测系统的拟合方法，包括以下步骤：

确定电子设备的线缆端口的数量；

对线缆端口进行单一电磁辐射下的多频率测试，确定各个线缆端口在不同频率电磁辐射下的电流响应值与信号源幅度的对应关系；

采用超限学习机对得到的对应关系进行拟合，确定各个线缆端口的响应传递函数。

上述拟合方法，能够最大程度上与实际使用情况保持一致的配置，测试结果准确度高，试验误差可以计算。通过对测试数据的函数拟合，使得现场测试方法不再只局限于线性设备，对非线性设备也可以采用该方法，大大的拓宽了现场测试方法的应用范围。得到响应传递函数后，外界复杂的电磁环境可以通过计算转换成端口对应的响应值，从而得到电子设备在复杂电磁环境下的端口响应值，而不需要耗费大量资源去搭建真实的复杂电磁环境，再通过试验得到其响应值，具有很高的实用性。

作为一种可实施方式，对线缆端口进行单一电磁辐射下的多频率测试，确定各个线缆端口在不同频率电磁辐射下的电流响应值与信号源幅度的对应关系，包括以下步骤：

对线缆端口进行某一频率电磁辐射测试，记录当前频率电磁辐射下线缆端口的电流响应值和信号源幅度；

切换电磁频率，记录不同频率电磁辐射下线缆端口的电流响应值，直至完成所有频率电磁辐射下的电流响应值测试；

根据得到的数据确定电流响应值与信号源幅度间的对应关系。

通过对线缆端口的电流响应值和信号源幅度的检测和记录，能够确定某一频率下线缆端口的电流响应值和信号源幅度的对应关系，通过对电磁频率的切换，实现了对线缆端口在不同频率辐射下电流响应值和信号源幅度对应关系的确定，为超限学习机的拟合提供数据支持。

通过试验得到线缆端口电流响应值与外部电磁环境的对应关系，可以得到线缆端口的响应传递函数，传递函数H(f)为

式中，E(f)为外部辐射电场场强值，即场强探头测量值；I(f)是线缆端口的响应电流值，是线缆端口响应测量值补偿线缆衰减和卡钳系数后的值。

式中，U

通过上述测试步骤得到线缆端口的传递函数后，同样采用ELM模型对传递函数进行拟合。得到线缆端口响应的传递函数。

同样分析电子设备的复杂电磁环境，主要为连续波信号和脉冲调制信号，采用电场强度和波形进行表示，电子设备的电磁环境中一般不只一个电磁信号，但是对于不同的电磁信号，该设备的线缆端口响应的传递函数不变。因此将复杂电磁环境中的各个电磁信号用频域表达式描述，与线缆端口响应的传递函数乘积，计算得到线缆端口的响应值。若还有其他线缆端口采用上述方法测试计算得到其他线缆端口的响应值。同样的将复杂电磁环境中的各个电磁信号用频域表达式描述，与线缆端口响应的传递函数乘积，计算得到线缆端口的响应值。若还有其他线缆端口采用上述方法测试计算得到其他线缆端口的响应值。

这样通过测试计算被测电子设备在复杂电磁环境下所有天线端口和线缆端口的响应值函数，得到被测电子设备在复杂电磁环境下的响应。

在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。