基于矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的改進型CE102測試系統(tǒng)校驗方法探討

高剛，朱宜生，王一飛

（1.中國船舶重工集團公司第七二三研究所，揚州 225001；2．中國船舶工業(yè)電工電子設(shè)備環(huán)境與可靠性試驗中心，揚州 225001）

引言

由于我國海軍新型艦艇裝備信息化水平及各系統(tǒng)復(fù)雜程度逐步提升，對艦艇各系統(tǒng)、設(shè)備之間的電磁兼容性、信息化高效安全使用性產(chǎn)生了很大的威脅，控制電子裝備通過電源線以傳導(dǎo)或輻射的方式對外造成干擾顯得尤其重要。

項目CE102電源線傳導(dǎo)發(fā)射[1]測量的目的是在較低頻段控制電子裝備工作時通過電源線向公共電網(wǎng)注入傳導(dǎo)干擾；在較高頻段，控制干擾通過電源線向外輻射，保護靈敏接收機。項目CE102的測試配置如圖1所示，使用LISN（阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)）來隔離電源干擾并為EUT（受試設(shè)備）提供規(guī)定的電源阻抗。在每次發(fā)射測試開始前，為保證測量結(jié)果的質(zhì)量及準(zhǔn)確性，應(yīng)對測試系統(tǒng)（包括測量接收機、電纜、衰減器等）進行校驗以確定測試系統(tǒng)是否正常。

1 CE 102測試系統(tǒng)校驗方法以及存在的不足

1.1 CE 102測試系統(tǒng)校驗方法

GJB 151B-2013中提供的CE 102測試系統(tǒng)校驗配置如圖2所示，具體校驗方法步驟如下：①信號發(fā)生器輸出信號到LISN電源輸出端，其頻率分別為10 kHz、100 kHz、2 MHz和10 MHz，電平至少低于限值6 dB，其中在10 kHz和100 kHz ，通過示波器確認(rèn)其為正弦波并測量信號有效電平，在2 MHz和10 MHz，直接使用從50 Ω信號發(fā)生器輸出的信號電平；②接收機測量值應(yīng)在注入信號電平的±3 dB范圍之內(nèi)。

1.2 存在的不足

GJB 151B-2013中提供的CE 102測試系統(tǒng)校驗方法只能針對單個LISN，無法校驗包括接地、50 Ω終端阻抗等在內(nèi)的整個LISN系統(tǒng)，因此無法發(fā)現(xiàn)整個LISN系統(tǒng)存在的潛在包括接地問題、50 Ω終端阻抗故障問題以及同軸電纜問題，以上任何一個問題的存在都會導(dǎo)致錯誤的測試結(jié)果。

2 改進方案

本文提出了一種基于矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的改進型[2]雙電流探頭校驗測試系統(tǒng)的方法，該方法把LISN系統(tǒng)作為一個整體（包括接地、50 Ω終端阻抗等）進行校驗，能夠發(fā)現(xiàn)并解決LISN系統(tǒng)可能存在的潛在的共模以及差模阻抗問題。

2.1 雙電流探頭法測量原理

雙電流探頭法[3]最早是作為測量待測設(shè)備的輸入阻抗提出來的，但電流雙探頭法在測試待測設(shè)備的輸入阻抗的同時，也解決了共模和差模分別測量的問題。

由注入探頭、接收探頭和耦合電容器構(gòu)成的測量LISN的電路如圖3所示。

該測試方法包括一個注入電流探頭，一個接收電流探頭，一臺矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀（等效于一臺信號源和一臺電磁干擾接收機）。兩個電流探頭和一個耦合電容器構(gòu)成射頻耦合電路，用來測量未知阻抗ZX的阻抗的大小。從圖3可以看出，耦合電容器由射頻耦合電路元器件內(nèi)部的寄生效應(yīng)而產(chǎn)生的寄生參數(shù)等效串聯(lián)電阻RC、等效串聯(lián)電感LC和電容組成。

電路的注入探頭端可以等效成在端口1和2之間的一個電壓源VM1和一個阻抗ZM1的串聯(lián)，故整個測試電路的等效電路圖如圖4所示。其中，ZC為耦合電容的阻抗，ZM為接收探頭對耦合電路進行感應(yīng)而產(chǎn)生的阻抗。

根據(jù)傳輸線理論，在導(dǎo)線長度遠小于電磁波波長時，可以認(rèn)為導(dǎo)線上的電流是一致的，因此可得：

圖1 CE102測試配置

圖2 CE102測試校驗系統(tǒng)配置圖

圖3 雙電流探頭法原理圖

移項可得：

式中：

IM—耦合電路的電流。

由接收探頭獲得：

式中：

VT—接收探頭獲得的電壓；

ZT—接收探頭校準(zhǔn)轉(zhuǎn)移阻抗。

由式（2）可以看出，如果能夠獲得VM1和（ZM1+ZM+ZC）兩個未知數(shù)，就能夠得出未知阻抗ZX，采用以下兩個方法可以獲得VM1和（ZM1+ZM+ZC）兩個未知數(shù)，用一個已知的標(biāo)準(zhǔn)的阻抗R（R＞|（ZM1+ZM+ZC）|）來代替ZX，建立一個二元方程；短路ZX，建立第二個二元方程，通過以上兩個方程可以求出未知阻抗ZX。

2.2 CE102測試系統(tǒng)共模和差模校驗?zāi)Ｐ?/h3>

CE102測試系統(tǒng)共模阻抗測量線路模型和差模阻抗測量電路模型分別如圖5和圖6所示，其中，共模阻抗測量線路模型中兩個LISN（等效50 Ω阻抗，實際上在整個頻段不可能均為50 Ω阻抗）并聯(lián)，差模阻抗測量電路模型中兩個LISN（等效50 Ω阻抗，實際上在整個頻段不可能均為50 Ω阻抗）串聯(lián)。

電路的注入探頭端電路可等效成在端口1和2之間的一個電壓源VEUT-CM和一個阻抗ZEUT-CM的串聯(lián)，ZC-CM為測量過程中使用的電纜以及線路中耦合電容器的阻抗，ZR-CM為接收探頭對耦合回路進行感應(yīng)而產(chǎn)生的阻抗，共模阻抗測量電路的等效電路模型如圖5所示；同理，電路的注入探頭端電路可等效成在端口1和2之間的一個電壓源VEUT-DM和一個阻抗ZEUT-DM的串聯(lián)，ZC-DM為測量過程中使用的電纜以及線路中耦合電容器的阻抗，ZR-DM為接收探頭對耦合回路進行感應(yīng)而產(chǎn)生的阻抗，差模阻抗測量電路的等效電路模型如圖6所示。

2.3 CE102測試系統(tǒng)共模和差模校驗方法

圖4 雙電流探頭法等效電路圖

圖5 共模阻抗測量電路模型

圖6 差模阻抗測量電路模型

基于矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的改進型CE102測試系統(tǒng)校驗方法把LISN系統(tǒng)作為一個整體（包括接地、50 Ω終端阻抗等）進行校驗，采用雙電流探頭法測量原理分別校驗測試系統(tǒng)的共模和差模阻抗，共模阻抗測量電路模型如圖5所示，將LISN系統(tǒng)的輸入端口分別通過地線短接到地平面；差模阻抗測量電路模型如圖6所示，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)上的配置，可以分別獲得差模和共模阻抗的理想校驗結(jié)果，實驗室和技術(shù)人員在試驗前校驗不需要計算阻抗的具體數(shù)值大小，只需要將差模和共模校驗結(jié)果曲線與理想的結(jié)果進行比較，就能顯而易見的發(fā)現(xiàn)LISN系統(tǒng)存在的共?；虿钅栴}。

3 結(jié)論

為了驗證該方法的可行性，實驗室分別校驗了LISN系統(tǒng)良好接地/接地不良、LISN系統(tǒng)輸出端接50 Ω負(fù)載/不接負(fù)載等不同情況下的差模和共模阻抗，通過與理想校驗結(jié)果對比，能夠發(fā)現(xiàn)LISN系統(tǒng)存在的共?；虿钅栴}，驗證了本文所提出方法的可行性。