一種高斯偶脈沖大電流高功率寬頻帶信號線注入耦合網(wǎng)絡(luò)及構(gòu)建方法
【專利摘要】一種高斯偶脈沖大電流高功率寬頻帶信號線注入耦合網(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，增大耦合干擾信號的頻帶，然后與兩個并聯(lián)的電阻串聯(lián)，分別添加到信號線的正負兩端；去耦單元由電感、電容、變壓器組成，電感電容組成低通濾波器，用以濾除高頻的噪聲信號，串聯(lián)變壓器在不增加插入損耗的條件下增加共模抑制阻抗，有效抑制信號線中的共模噪聲。一種高斯偶脈沖大電流高功率寬頻帶信號線注入耦合網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建方法，它有七大步驟。本發(fā)明克服了傳統(tǒng)電容耦合的局限于一定帶寬，局限于小信號干擾電壓耦合的設(shè)計，拓寬了耦合頻帶范圍，提供了較大的共模抑制阻抗。
【專利說明】一種高斯偶脈沖大電流高功率寬頻帶信號線注入耦合網(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信號線注入耦合網(wǎng)絡(luò)及構(gòu)建方法。該耦合網(wǎng)絡(luò)單元在信號線纜的抗干擾度測量時，將大電流高功率寬頻帶的高斯偶脈沖干擾信號注入到受試引線上，并把來自與受試設(shè)備相連的其他引線和設(shè)備的電流影響隔離開來。它屬于無線電騷擾和抗擾度測量的電磁兼容領(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越多，電路的工作頻率越來越高，這導(dǎo)致了電路之間的干擾日益嚴重，設(shè)備所處的電磁環(huán)境更加復(fù)雜，這就對設(shè)備的抗干擾能力提出了嚴峻的挑戰(zhàn)，如何對設(shè)備抗干擾能力進行有效測試顯得尤其重要。
[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)抗擾度測試系統(tǒng)的重要組成部分，其作用是將騷擾信號耦合到連接受試設(shè)備(EUT)的電纜上，同時避免對由同一信號或信號源供電的非受試設(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)所獲得的開路電壓與信號發(fā)生器輸出端的開路電壓之比；去耦系數(shù)是指當(dāng)受試設(shè)備沒有與去耦/耦合網(wǎng)絡(luò)連接時，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行情況來加以選擇，不合適的耦合網(wǎng)絡(luò)則可能導(dǎo)致EUT端口的波形產(chǎn)生嚴重的畸變，不能良好的反映騷擾信號對受試設(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]去耦/耦合網(wǎng)絡(luò)的研宄已有很多，傳導(dǎo)騷擾抗擾度試驗測試系統(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CDN-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)在頻率達到10KHz時使用時受到限制。然而日益嚴峻復(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注入線纜后設(shè)備的抗干擾能力，目前的耦合網(wǎng)絡(luò)還沒有相關(guān)的設(shè)
i+o
[0005]超寬帶(Ultra Wideband—簡稱UWB)通信技術(shù)是一種新的無線通信技術(shù)。該技術(shù)以納秒量級極窄脈沖為傳輸載體，通過脈沖的時位調(diào)制或極性調(diào)制來傳輸信息，特別適用于室內(nèi)等密集多徑場所的高速無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無線通信信號具有GHz以上的帶寬。其極寬的頻譜范圍同時覆蓋了許多常規(guī)無線通信系統(tǒng)，包括GPS、蜂窩移動通信系統(tǒng)、PCS、衛(wèi)星射頻通信以及各種無線互連系統(tǒng)，UffB信號將不可避免地對常規(guī)窄帶通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。通過研宄表明，以高斯偶脈沖為主的多高斯偶脈沖作為測試信號，可以有效地模擬同時存在的多個信號、且每個信號包含多個頻率所形成的電磁環(huán)境，它比常規(guī)的脈沖騷擾信號能夠更加有效的代表復(fù)雜電磁環(huán)境下的干擾信號，對于我們開展傳導(dǎo)敏感度試驗具有重要的意義。
[0006]本發(fā)明設(shè)計的大電流高功率寬頻帶高斯偶脈沖信號線注入耦合網(wǎng)絡(luò)對于進一步提高復(fù)雜電磁環(huán)境下傳導(dǎo)敏感度試驗的可靠性意義非凡。我們將大電流高功率寬頻帶的高斯偶脈沖通過此注入網(wǎng)絡(luò)注入到信號線線纜中，同時把來自與受試設(shè)備相連的其他引線和設(shè)備的電流影響隔離開來，可準確的反映在復(fù)雜電磁干擾環(huán)境下，信號線線纜上受到干擾情況，有助于優(yōu)化抗干擾度測試。


【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)?；旌想娐吩絹碓蕉啵娐返墓ぷ黝l率越來越高，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)，對設(shè)備的抗干擾能力提出了嚴峻的挑戰(zhàn)。而目前傳統(tǒng)的耦合網(wǎng)絡(luò)只是針對簡單的脈沖干擾信號，覆蓋信號頻帶窄，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注入抗擾度試驗中。本發(fā)明提供一種針對此種大電流高功率寬頻帶復(fù)雜干擾信號類型的信號線耦合網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建方法。這種耦合網(wǎng)絡(luò)通過簡單的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注入到信號線纜上，觀察加上干擾信號后信號線輸出端的信號受干擾情況，進行設(shè)備信號線抗干擾度測試。
[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信號線注入耦合網(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)可適用于大電流高功率寬頻帶的復(fù)雜干擾信號，在本設(shè)計中以大電流高功率寬頻帶的高斯偶脈沖干擾信號為例。
[0011]信號線去耦耦合網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)設(shè)計
[0012]本設(shè)計以大電流高功率寬頻帶的高斯偶脈沖信號做干擾信號為例。去耦耦合網(wǎng)絡(luò)主要分為兩部分進行設(shè)計: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)備端口所獲得的開路電壓與信號發(fā)生器輸出端上的開路電壓之比；去耦系數(shù)是指干擾信號通過耦合網(wǎng)絡(luò)耦合到信號線輸入端的干擾電壓與信號發(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
[0014]耦合網(wǎng)絡(luò)作用是將干擾信號注入到信號線中。我們注入的高斯偶脈沖信號具有大電流高功率寬頻帶的特性。一般信號耦合到EUT上的方式有電容耦合和變壓器耦合，其中電容傳輸時，信號的相位要延遲些，用變壓器傳輸時，信號的高頻成分要損失一些。對于本例子，我們選擇耦合電容來進行耦合。
[0015]為了耦合寬頻帶的干擾信號，我們設(shè)計添加LC串聯(lián)電路，這樣添加了諧振點，優(yōu)化了耦合網(wǎng)絡(luò)的頻率響應(yīng)，擴大了寬帶范圍。耦合網(wǎng)絡(luò)中還應(yīng)加入串聯(lián)電阻，串聯(lián)電阻的參數(shù)設(shè)計可方便調(diào)節(jié)耦合到信號線網(wǎng)絡(luò)上的電壓，但是這個串聯(lián)電阻不能過大，以免損耗太多能量，不能完整的將高斯偶脈沖信號耦合到信號線網(wǎng)絡(luò)上。
[0016]b.去耦網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計
[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)對由同一信號供電的非受試設(shè)備產(chǎn)生不利影響。此外，連接到同一信號的其他設(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)備上防雷器件會阻止EUT上浪涌的施加及影響浪涌試驗結(jié)果。
[0018]去耦網(wǎng)絡(luò)用來防止浪涌竄入電網(wǎng)影響其他非受試設(shè)備，可以通過設(shè)計LC低通濾波器，根據(jù)選擇合適的極點頻率，設(shè)計電路元件參數(shù)，使其去耦性能滿足標準要求，濾除高頻噪聲。
[0019]一般來說，為了提高共模抑制阻抗，需要將LC低通濾波器的串聯(lián)電感值設(shè)的較大。然而，對于頻率較高的信號線來說，過大的串聯(lián)阻抗抑制了信號的傳輸，使得到達負載端的信號能量大大削減。為了解決共模阻抗和有效傳輸帶寬之間的矛盾，我們在去耦網(wǎng)絡(luò)中添加了變壓器，可以在保證較高頻率時插入損耗不會過大的同時，提供較大的共模抑制阻抗。
[0020](I)信號線去耦耦合網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)設(shè)計
[0021]a.耦合網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)計
[0022]為了將大電流高功率寬頻帶的高斯偶脈沖干擾信號耦合到EUT端口，需要分別對耦合網(wǎng)絡(luò)中LC串聯(lián)電路參數(shù)、變壓器參數(shù)、電阻參數(shù)進行設(shè)計。
[0023]該耦合網(wǎng)絡(luò)與其他CDN網(wǎng)絡(luò)耦合單元不同之處在于添加了 LC串聯(lián)電路時，增加了諧振點，耦合網(wǎng)絡(luò)的頻率響應(yīng)范圍也相應(yīng)的增大，如此可擴寬通帶頻率范圍。
[0024]在本設(shè)計中，我們選取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)拓撲如圖2所示。
[0025]在ADS仿真軟件中對該耦合網(wǎng)絡(luò)性能進行仿真分析。對信號線施加一個幅度為500V，脈沖寬度為4ns，周期為Ims的高斯偶脈沖干擾信號。干擾信號通過耦合網(wǎng)絡(luò)耦合到信號線，仿真得到耦合到信號線端的電壓如圖6a-b所示。從圖中可知耦合電壓峰值為380V，且信號波形與原干擾信號波形相似度大，仍然保留高斯偶脈沖大電流高功率寬頻帶的特點，如圖6-b中所示。該耦合網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計滿足國家標準對耦合網(wǎng)絡(luò)耦合性能的要求。
[0026]b.去耦網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)計
[0027]國家標準規(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，在去耦網(wǎng)絡(luò)信號輸入端上的殘余浪涌電壓不應(yīng)超過所施加電壓的15%或信號電壓峰值的兩倍，兩者中取大者”。即標準要求去耦網(wǎng)絡(luò)對浪涌信號的衰減要多16dB。
[0028]增大去耦網(wǎng)絡(luò)中的電感或電容可顯著降低信號端浪涌殘余電壓。若EUT額定電流較大，則考慮到信號電壓降落的問題，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，否則既會使CDN上有較大的電壓降落，又會造成電感體積龐大，給生產(chǎn)制造和安裝帶來不便。為了解決共模阻抗和有效傳輸帶寬之間的矛盾，我們在去耦網(wǎng)絡(luò)中添加了串聯(lián)變壓器，可以在保證較高頻率時插入損耗不會過大的同時，提供較大的共模抑制阻抗。
[0029]在本設(shè)計中，以頻率為IMHz的信號線的去耦網(wǎng)絡(luò)為例，去耦網(wǎng)絡(luò)中的電感值為4-6nH，并聯(lián)電容值為0.5-1.5uF，串聯(lián)變壓器采用的是二級抽頭變壓器，變壓器一級線圈電感值為400nH，并且一級線圈與二級兩線圈之間的線圈比都為1.414，他們之間的耦合系數(shù)為0.9。去耦網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)如圖3所示。
[0030]在ADS仿真軟件中對該去耦網(wǎng)絡(luò)單元性能進行仿真分析。對信號線施加一個幅度為500V，脈沖寬度為4ns，周期為Ims的高斯偶脈沖干擾信號。干擾信號通過耦合網(wǎng)絡(luò)，去耦網(wǎng)絡(luò)，然后到達信號線一側(cè)的浪涌信號幅度較小達到mV級別，如圖8所示。有仿真結(jié)果可見該去耦網(wǎng)絡(luò)去耦性能良好，滿足國家標準對去耦網(wǎng)絡(luò)的要求。此外該去耦網(wǎng)絡(luò)的插入損耗較小，信號線上信號電壓仍然可以不失真的傳輸?shù)截撦d端，如圖7a-c所示。其共模抑制效果由于添加了二級抽頭變壓器，共模阻抗大大增加，如圖10所示，說明該去耦網(wǎng)絡(luò)可以很好的抑制共模噪聲。
[0031]綜上所述，本發(fā)明一種高斯偶脈沖大電流高功率寬頻帶信號線注入耦合網(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，增大耦合干擾信號的頻帶，然后與兩個并聯(lián)的電阻串聯(lián)，分別添加到信號線的正負兩端。去耦單元由電感、電容、變壓器組成，電感電容組成低通濾波器，用以濾除高頻的噪聲信號，串聯(lián)變壓器可在不增加插入損耗的條件下大大增加共模抑制阻抗，有效抑制信號線中的共模噪聲。該CDN網(wǎng)絡(luò)的性能仿真計算在仿真軟件ADS中進行，電路連接方式如圖4所示。干擾信號發(fā)生網(wǎng)絡(luò)通過CDN網(wǎng)絡(luò)的耦合單元與受試設(shè)備端相連，模擬信號線電壓的電壓源通過CDN網(wǎng)絡(luò)的去耦單元連接到受試設(shè)備端。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。
[0032](2)本發(fā)明一種高斯偶脈沖大電流高功率寬頻帶信號線注入耦合網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建方法，該設(shè)計構(gòu)建方法的具體實施步驟如下:
[0033]步驟一:建立大電流高功率寬頻帶高斯偶脈沖干擾信號發(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)過此微分電路轉(zhuǎn)換，得到我們需要的高斯偶脈沖信號。微分電路參數(shù)的選取將影響著脈沖信號的帶寬。
[0034]步驟二:設(shè)計耦合網(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)計的作用是將干擾信號耦合到信號線上。
[0035]步驟三:設(shè)計去耦網(wǎng)絡(luò)，它包括了電感電容組成的二階低通濾波器，以及串聯(lián)變壓器。去耦網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的作用是避免浪涌竄入電網(wǎng)對由同一電源供電的非受試設(shè)備產(chǎn)生不利影響。
[0036]步驟四:添加電壓源，設(shè)置其頻率、幅值參數(shù)，模擬信號線給出的電壓。添加負載，設(shè)置其阻抗參數(shù)，模擬受測儀器EUT端。
[0037]步驟五:將步驟一到步驟四中電路級聯(lián)組成電磁敏感性測試電路。分別在信號發(fā)生器輸出端，受測設(shè)備處添加電壓探針，觀測耦合到EUT上的信號，得到耦合系數(shù)。
[0038]步驟六:去掉信號源上的信號，觀測干擾信號通過耦合網(wǎng)絡(luò)、去耦網(wǎng)絡(luò)后耦合到信號測的浪涌電壓，得到去耦系數(shù)。
[0039]步驟七:仿真該網(wǎng)絡(luò)的共模抑制阻抗。將干擾信號發(fā)生器電路用一個端接電阻代替，信號線測電壓源開路，在負載端測量整個CDN網(wǎng)絡(luò)的共模抑制阻抗。
[0040]3、優(yōu)點及功效
[0041]I)該設(shè)計新穎之處在于耦合網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計。它克服了傳統(tǒng)電容耦合的局限于一定帶寬，局限于小信號干擾電壓耦合的設(shè)計。該結(jié)構(gòu)采用LC串聯(lián)諧振電路，添加諧振頻點，拓寬了耦合頻帶范圍。同時它的去耦網(wǎng)絡(luò)添加串聯(lián)變壓器的結(jié)構(gòu)，可以在保證較高頻率時插入損耗不會過大的同時，提供較大的共模抑制阻抗。
[0042]2)該設(shè)計使大電流高功率寬頻帶的高斯偶脈沖信號注入到信號線網(wǎng)絡(luò)中，相比目前的電磁傳導(dǎo)敏感度試驗，使得注入干擾可以有效地模擬同時存在的多個信號、且每個信號包含多個頻率所形成的復(fù)雜電磁環(huán)境，優(yōu)化了傳統(tǒng)的傳導(dǎo)敏感度實驗。
[0043]3)該CDN網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計適用于頻率較高的信號線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計，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注入到信號線上，同時有效地阻止浪涌電壓耦合到信號線一側(cè)。
[0044]4)該設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計過程中根據(jù)不同的信號發(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)計的時間。
[0045]5)該設(shè)計中各元器件參數(shù)都是正常大小，成本較低，易于實現(xiàn)，方便應(yīng)用到實際中去。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0046]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發(fā)生器電路
[0047]圖2是本發(fā)明中耦合網(wǎng)絡(luò)電路圖
[0048]圖3是本發(fā)明中去耦網(wǎng)絡(luò)電路圖
[0049]圖4是本發(fā)明中整體傳導(dǎo)敏感性測試電路圖
[0050]圖5a為信號發(fā)生器輸出的高斯偶脈沖干擾信號在0-20ms時間段內(nèi)的時域波形圖
[0051]圖5b為信號發(fā)生器輸出的高斯偶脈沖干擾信號在0_5ns時間段內(nèi)的時域波形圖
[0052]圖6a為電源線上沒有電壓源時，通過耦合電路耦合到受測設(shè)備端的干擾信號在0-20ms時間內(nèi)的波形圖
[0053]圖6b是電源線上沒有電壓源時，通過耦合電路耦合到受測設(shè)備端的干擾信號在0_5ns時間內(nèi)的波形圖
[0054]圖7a是電源線上有電壓源時，通過耦合電路耦合到受測設(shè)備端的干擾信號在0-20ms時間內(nèi)的波形圖
[0055]圖7b是電源線上有電壓源時，通過耦合電路耦合到受測設(shè)備端的干擾信號在0-20 μ s時間內(nèi)的波形圖
[0056]圖7c是電源線上有電壓源時，通過耦合電路耦合到受測設(shè)備端的干擾信號在0-5ns時間內(nèi)的波形圖
[0057]圖8是干擾信號通過耦合電路施加在信號線之間時，信號測的浪涌信號電壓圖
[0058]圖9是仿真該CDN網(wǎng)絡(luò)的共模抑制阻抗時的電路連接示意圖
[0059]圖10是該⑶N網(wǎng)絡(luò)的共模抑制阻抗曲線圖
[0060]圖11是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖
[0061]圖中符號說明如下:
[0062]Out:信號發(fā)生器產(chǎn)生干擾信號輸出端的電壓探針
[0063]Vc:干擾信號經(jīng)耦合網(wǎng)絡(luò)耦合到受測設(shè)備端信號線上的電壓探針
[0064]Vd:干擾信號經(jīng)去耦網(wǎng)絡(luò)在信號側(cè)的浪涌信號電壓探針。

【具體實施方式】
[0065]下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步的詳細說明。
[0066]本發(fā)明針對電磁敏感性實驗設(shè)計了一種新型⑶N去耦耦合網(wǎng)絡(luò)。該⑶N網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計區(qū)別于傳統(tǒng)純電容耦合的CDN網(wǎng)絡(luò)設(shè)計，加入了 LC諧振電路、匹配電阻、串聯(lián)變壓器等因素，實現(xiàn)了大電流高功率寬頻帶的高斯偶脈沖干擾信號的注入，并保證涌入信號測浪涌信號很少。該高斯偶脈沖信號比常規(guī)的脈沖騷擾信號能夠更有效的代表復(fù)雜電磁環(huán)境下的干擾信號，對于開展傳導(dǎo)敏感度實驗具有重要的意義。
[0067]見圖11，本發(fā)明中的⑶N去耦耦合網(wǎng)絡(luò)由耦合網(wǎng)絡(luò)和去耦網(wǎng)絡(luò)組成，他們的拓撲結(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、耦合變壓器組成。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為0.5_1.5uF，電阻R3，R4均為20-30ohm。去耦網(wǎng)絡(luò)由LC 二階低通濾波器和變壓器組成，圖3中去耦網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)如下:LC低通濾波器電路中電感線圈的電感L3，L4值均為4-6nH，并聯(lián)電容C3，C4值均為0.5-1.5uF，串聯(lián)變壓器采用的是二級抽頭變壓器XFer2，變壓器一級線圈LI電感值為400nH, 一級線圈與二級兩線圈之間的線圈比N12，N13均為1.414，并且一級線圈與二級線圈之間的耦合系數(shù)為0.9。該拓撲結(jié)構(gòu)中LC低通濾波器可濾除高頻噪聲，串聯(lián)變壓器可并同時保證較小的插入損耗和較大的共模阻抗，抑制共模信號傳輸，有效的抑制信號線上可能存在的共模噪聲。
[0068]為了驗證該新型CDN電路的性能，我們在ADS中搭建電路進行仿真分析。大電流高功率寬頻帶的高斯偶脈沖干擾信號由干擾信號發(fā)生電路提供，如圖1所示。該電路中輸入一個寬脈沖序列，經(jīng)過微分電路轉(zhuǎn)換，得到高斯偶脈沖信號。圖1中干擾信號發(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。
[0069]在進行傳導(dǎo)敏感度試驗仿真的時候，信號線與上述去耦網(wǎng)絡(luò)相連，然后接到負載端。信號發(fā)生器提供高斯偶脈沖干擾信號，然后通過上述耦合網(wǎng)絡(luò)注入到負載端。傳導(dǎo)敏感度試驗仿真電路如圖4所示。
[0070]按照圖4中電路連接，設(shè)好元器件參數(shù)之后，我們來仿真?zhèn)鲗?dǎo)敏感度試驗中這種新型的CDN耦合去耦網(wǎng)絡(luò)的耦合和去耦性能。步驟如下:
[0071]步驟一:將信號發(fā)生器電路中的信號設(shè)置為幅值為600V，脈沖寬度為2ns，周期為Ims的脈沖信號。經(jīng)過信號發(fā)生器電路，我們以期得到一個脈沖寬度為4ns，周期為Ims的大電流高功率寬頻帶高斯偶脈沖干擾信號。在圖4中電阻R2端口設(shè)置一個電壓探針，命名為out，使用transient控件仿真out探針處的輸出電壓，即信號發(fā)生器的輸出干擾信號，如圖5a-b所示。其中圖5a是在0-20ms時間段的干擾信號波形，圖5b是將時間段縮短，觀察該高斯偶脈沖信號的波形?？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。
[0072]步驟二:將模擬信號線上電壓的電壓源設(shè)置為deactive的狀態(tài)。通過耦合網(wǎng)絡(luò)將信號發(fā)生器中的高斯偶脈沖信號耦合到受測設(shè)備端的信號線上。如圖4所示，在用來代表受測設(shè)備的R5—端添加一個電壓探針，命名為Vc，再次仿真，觀察干擾信號在受測設(shè)備負載端耦合的電壓值，如圖6a-b所示。其中圖6a代表0-20ms時間段內(nèi)的耦合干擾信號，圖6b代表將a圖中的尖峰信號放大時，觀察到的干擾信號波形?？梢钥吹?，耦合到負載端的干擾信號仍然是一個高斯偶脈沖波形，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作比較，耦合效率較高，信號波形不失真，耦合情況良好。
[0073]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10V，頻率為1MHz，模擬日常中的信號線電壓。再次仿真，觀察探針Vc端的電壓。此時的電壓即為受測設(shè)備正常工作時，信號線上耦合干擾信號后的波形。如圖7a-c所示，其中圖7a為0-20ms時間段內(nèi)的波形信號，圖7b為0-20US時間段內(nèi)的波形信號；圖7c為將該波形上的0-5ns處尖峰信號放大后的波形信號。我們可以看到，正常工作時施加干擾信號，受測設(shè)備端的信號為信號電壓和干擾信號的疊加。
[0074]步驟四:繼續(xù)將模擬信號線上電壓的電壓源設(shè)置為deactive的狀態(tài)。按照圖4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，此時觀察干擾信號在信號側(cè)殘留的浪涌信號大小。觀察到的波形如圖8所示，可以看到500V的高斯偶脈沖信號經(jīng)過去耦網(wǎng)絡(luò)的濾波只在信號一側(cè)殘留極少的mV級的浪涌信號。仿真結(jié)果證明該耦合去耦網(wǎng)絡(luò)能夠滿足國家關(guān)于“去耦網(wǎng)絡(luò)對浪涌信號的衰減要多16dB”的規(guī)定。
[0075]步驟五:將圖4中的干擾信號發(fā)生器網(wǎng)絡(luò)去掉，用一個端接電阻來代替。去掉模擬信號線上電壓的電壓源，將其開路。在負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。去掉模擬受測設(shè)備負載的電阻，并添加一個4端口巴倫balun，分別與原負載的兩端相連。在4-port Balun的Common輸出端加上Terml，在DIFF輸出端添加Term2，通過S parameter控件仿真得到Common輸出端的共模阻抗。如圖10所示，可知該CDN網(wǎng)絡(luò)具有較大的共模抑制阻抗。
【權(quán)利要求】
1.一種高斯偶脈沖大電流高功率寬頻帶信號線注入耦合網(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，增大耦合干擾信號的頻帶，然后與兩個并聯(lián)的電阻串聯(lián)，分別添加到信號線的正負兩端；去耦單元由電感、電容、變壓器組成，電感電容組成低通濾波器，用以濾除高頻的噪聲信號，串聯(lián)變壓器在不增加插入損耗的條件下增加共模抑制阻抗，有效抑制信號線中的共模噪聲。
2.一種高斯偶脈沖大電流高功率寬頻帶的信號線注入耦合網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建方法，其特征在于:該方法具體步驟如下: 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)過此微分電路轉(zhuǎn)換，得到需要的高斯偶脈沖信號，微分電路參數(shù)的選取將影響著脈沖信號的帶寬； 步驟二:設(shè)計耦合網(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)計的作用是將干擾信號耦合到信號線上； 步驟三:設(shè)計去耦網(wǎng)絡(luò)，它包括了電感電容組成的二階低通濾波器，以及串聯(lián)變壓器；去耦網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的作用是避免浪涌竄入電網(wǎng)對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)，模擬信號線給出的電壓，添加負載，設(shè)置其阻抗參數(shù)，模擬受測儀器EUT端； 步驟五:將步驟一到步驟四中電路級聯(lián)組成電磁敏感性測試電路，分別在信號發(fā)生器輸出端，受測設(shè)備處添加電壓探針，觀測耦合到EUT上的信號，得到耦合系數(shù)； 步驟六:去掉信號源上的信號，觀測干擾信號通過耦合網(wǎng)絡(luò)、去耦網(wǎng)絡(luò)后耦合到信號測的浪涌電壓，得到去耦系數(shù)； 步驟七:仿真該網(wǎng)絡(luò)的共模抑制阻抗，將干擾信號發(fā)生器電路用一個端接電阻代替，信號線測電壓源開路，在負載端測量整個CDN網(wǎng)絡(luò)的共模抑制阻抗。
【文檔編號】G01R1/28GK104502755SQ201410776531
【公開日】2015年4月8日 申請日期: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, 張偉, 熊瑛 申請人:北京航空航天大學(xué)