本發(fā)明屬于電磁技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種混響室條件下的輻射敏感度測試方法及裝置。

背景技術(shù)：

隨著微電子技術(shù)的高速發(fā)展，電子設(shè)備逐漸趨于小型化、集成化，設(shè)備內(nèi)部及其工作場地的電磁環(huán)境也越來越復(fù)雜。在設(shè)備定型前進(jìn)行輻射敏感度測試，是評(píng)估設(shè)備電磁防護(hù)性能的重要手段?；祉懯易鳛橐环N新興的測試場地，一般用于設(shè)備輻射敏感度的通過性測試，用于臨界輻射干擾場強(qiáng)測試還有待研究。由于混響室內(nèi)部為統(tǒng)計(jì)均勻的電磁環(huán)境，傳統(tǒng)均勻場中的輻射敏感度測試方法在混響室中并不適用，采用現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)中提供的方法也存在校準(zhǔn)過程復(fù)雜、與均勻場相關(guān)性較差的問題。另外，輻射敏感度作為設(shè)備的自身屬性，不應(yīng)隨測試場地的不同而產(chǎn)生較大差異，使混響室中的測試結(jié)果與均勻場相一致的測試方法尚有待探索。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種輻射敏感度測試方法及裝置，以解決現(xiàn)有技術(shù)中在混響室條件下的測試結(jié)果與均勻場相差較大的問題。

本發(fā)明實(shí)施例的第一方面，提供了一種輻射敏感度測試方法，包括：

測量混響室中多個(gè)攪拌位置下所述受測設(shè)備受到干擾的次數(shù)和場強(qiáng)的直角分量，并根據(jù)所述受測設(shè)備受到干擾的次數(shù)和場強(qiáng)直角分量，計(jì)算干擾概率和參數(shù)σ；

根據(jù)測試頻率和所述受測設(shè)備的尺寸計(jì)算波數(shù)和能夠包含所述受測設(shè)備的最小球體的半徑，并根據(jù)所述波數(shù)和半徑得出所述受測設(shè)備的方向性系數(shù)最大值；

根據(jù)所述參數(shù)σ、所述干擾概率和所述方向性系數(shù)最大值，計(jì)算所述受測設(shè)備的臨界輻射干擾場強(qiáng)。

本發(fā)明實(shí)施例的第二方面，提供了一種輻射敏感度測試裝置，包括：

測量計(jì)算模塊，用于測量混響室中多個(gè)攪拌位置下所述受測設(shè)備受到干擾的次數(shù)和場強(qiáng)的直角分量，并根據(jù)所述受測設(shè)備受到干擾的次數(shù)和場強(qiáng)直角分量，計(jì)算干擾概率和參數(shù)σ；

處理模塊，用于根據(jù)測試頻率和所述受測設(shè)備的尺寸計(jì)算波數(shù)和包含所述受測設(shè)備的最小球體的半徑，并根據(jù)所述波數(shù)和半徑得出所述受測設(shè)備的方向性系數(shù)最大值；

模型計(jì)算模塊，用于根據(jù)所述參數(shù)σ、所述干擾概率和所述方向性系數(shù)最大值，結(jié)合預(yù)設(shè)模型得出所述受測設(shè)備的臨界輻射干擾場強(qiáng)。

本發(fā)明實(shí)施例相對于現(xiàn)有技術(shù)所具有的有益效果：本發(fā)明實(shí)施例，基于混響室與均勻場中受測設(shè)備敏感元件接收功率等效的思想，結(jié)合混響室和接收天線的相關(guān)理論，解決混響室中受測設(shè)備的臨界輻射干擾場強(qiáng)測試結(jié)果與均勻場相關(guān)性較差的問題，尤其適用于電大尺寸的復(fù)雜設(shè)備，為混響室條件下設(shè)備的輻射敏感度測試提供新的思路。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的輻射敏感度測試方法的流程圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的400mhz時(shí)的天線模型及其輻射方向圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的600mhz時(shí)的天線模型及其輻射方向圖；

圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的混響室平面波疊加模型；

圖5是本發(fā)明實(shí)施例提供的混響室仿真中場強(qiáng)直角分量的概率分布圖；

圖6是本發(fā)明實(shí)施例提供的混響室仿真中天線接收功率的概率分布圖；

圖7是本發(fā)明實(shí)施例提供的天線接收功率對比示意圖；

圖8是本發(fā)明實(shí)施例提供的非有意輻射體模型某一截面的輻射方向圖；

圖9是本發(fā)明實(shí)施例提供的n＝5時(shí)方向性系數(shù)的概率分布圖；

圖10是本發(fā)明實(shí)施例提供的n＝10時(shí)方向性系數(shù)的概率分布圖；

圖11是本發(fā)明實(shí)施例提供的dmax的理論值與仿真值比較示意圖；

圖12是本發(fā)明實(shí)施例提供的混響室試驗(yàn)中場強(qiáng)直角分量的概率分布圖；

圖13是本發(fā)明實(shí)施例提供的混響室試驗(yàn)中接收功率的概率分布圖；

圖14是本發(fā)明實(shí)施例提供的干擾頻率為20％時(shí)臨界輻射干擾場強(qiáng)的理論值與實(shí)測值比較示意圖；

圖15是本發(fā)明實(shí)施例提供的干擾頻率為40％時(shí)臨界輻射干擾場強(qiáng)的理論值與實(shí)測值比較示意圖；

圖16是本發(fā)明實(shí)施例提供的干擾頻率為60％時(shí)臨界輻射干擾場強(qiáng)的理論值與實(shí)測值比較示意圖；

圖17是本發(fā)明實(shí)施例提供的各種頻點(diǎn)下置于金屬殼體內(nèi)的單極子天線的輻射方向圖；

圖18是本發(fā)明實(shí)施例提供的不同受測設(shè)備電尺寸時(shí)es與es′的比值示意圖；

圖19是本發(fā)明實(shí)施例提供的混響室中場強(qiáng)直角分量的概率分布圖；

圖20是本發(fā)明實(shí)施例提供的混響室中天線接收功率的概率分布圖；

圖21是本發(fā)明實(shí)施例提供的3ghz時(shí)均勻場中接收功率的概率分布圖；

圖22是本發(fā)明實(shí)施例提供的3.1ghz時(shí)均勻場中接收功率的概率分布圖；

圖23是本發(fā)明實(shí)施例提供的混響室與均勻場試驗(yàn)結(jié)果曲線圖；

圖24是本發(fā)明實(shí)施例提供的輻射敏感度測試裝置的結(jié)構(gòu)框圖。

具體實(shí)施方式

以下描述中，為了說明而不是為了限定，提出了諸如特定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、技術(shù)之類的具體細(xì)節(jié)，以便透徹理解本發(fā)明實(shí)施例。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)清楚，在沒有這些具體細(xì)節(jié)的其它實(shí)施例中也可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。在其它情況中，省略對眾所周知的系統(tǒng)、裝置、電路以及方法的詳細(xì)說明，以免不必要的細(xì)節(jié)妨礙本發(fā)明的描述。

為了說明本發(fā)明所述的技術(shù)方案，下面通過具體實(shí)施例來進(jìn)行說明。

實(shí)施例一

圖1示出了本發(fā)明實(shí)施例一提供的輻射敏感度測試方法的實(shí)現(xiàn)流程，詳述如下：

步驟s101，測量混響室中多個(gè)攪拌位置下所述受測設(shè)備受到干擾的次數(shù)和場強(qiáng)的直角分量，并根據(jù)所述受測設(shè)備受到干擾的次數(shù)和場強(qiáng)直角分量，計(jì)算干擾概率和參數(shù)σ。

混響室中電場按照一定的統(tǒng)計(jì)規(guī)律隨機(jī)變化，若是從電場測量的角度出發(fā)，很難將混響室中的電場大小與均勻場中對應(yīng)起來。但若假設(shè)無論受測設(shè)備處于何種場環(huán)境，只要受測設(shè)備敏感元件的接收功率大于其臨界干擾功率，受測設(shè)備就受到干擾，即從敏感元件的接收功率出發(fā)，則有可能建立不同測試場地中輻射敏感度的對應(yīng)關(guān)系。

混響室中任意一點(diǎn)場強(qiáng)直角分量的幅值服從瑞利分布，以x方向分量為例，概率分布函數(shù)為：

其中，σ²為混響室內(nèi)場強(qiáng)平方的均值的1/6，即

σ可以由n個(gè)攪拌位置的場強(qiáng)直角分量進(jìn)行計(jì)算得出。設(shè)第i個(gè)攪拌位置混響室測試區(qū)域內(nèi)一點(diǎn)場強(qiáng)x方向分量為exi，則參數(shù)σ的最大似然估計(jì)為：

若n個(gè)攪拌位置中受測設(shè)備受到ns次干擾，則干擾概率的估計(jì)值為：

步驟s102，根據(jù)測試頻率和所述受測設(shè)備的尺寸計(jì)算波數(shù)和能夠容納所述受測設(shè)備的最小球體的半徑，并根據(jù)所述波數(shù)和半徑得出所述受測設(shè)備的方向性系數(shù)最大值。

記天線的方向性系數(shù)為d，d等于受測設(shè)備在給定方向輻射場的場強(qiáng)的平方與距受測設(shè)備同一距離的所有方向場強(qiáng)平方的均值的比值。由于場強(qiáng)可以分解為兩個(gè)相互垂直的直角分量，d可以寫成與兩個(gè)直角分量對應(yīng)的方向性系數(shù)分量之和，即：

d＝dco+dcross(5)

方向性系數(shù)d的兩個(gè)分量具有相同的概率分布，以dco為例，其概率密度函數(shù)為：

結(jié)合式(5)和式(6)，由概率論相關(guān)知識(shí)可以得到d的概率分布函數(shù)為：

fd(d)＝1-(1+2d)e^-2d(7)

對應(yīng)的概率密度函數(shù)為：

fd(d)＝4de^-2d(8)

將d的最大值的期望作為d的最大值dmax的近似，其表達(dá)式為：

其中，ni為受測設(shè)備作為輻射體時(shí)輻射場中相互獨(dú)立的電磁波模式數(shù)，根據(jù)互易原理，它等于設(shè)備作為被輻射物體時(shí)相互獨(dú)立的輻照方向個(gè)數(shù)；k為波數(shù)，a為包含受測設(shè)備的最小球體的半徑，表示取不大于ka的最大整數(shù)。

步驟s103，根據(jù)所述參數(shù)σ、所述干擾頻率和所述方向性系數(shù)最大值，結(jié)合預(yù)設(shè)模型得出所述受測設(shè)備的臨界輻射干擾場強(qiáng)。

任意天線在混響室中接收電磁場的功率服從指數(shù)分布。為避免混淆，記天線的接收功率為w，其概率密度函數(shù)為：

其中：

式中，q為天線負(fù)載的失配因子，ηa為天線輻射效率，η為真空中波阻抗，r為天線負(fù)載阻抗，λ為波長。

記eut內(nèi)敏感元件的臨界干擾功率為ws，假設(shè)w≥ws時(shí)eut受到干擾，則干擾概率為

因此，

對于任意天線，在電場矢量為的平面波照射下，其接收功率為

式中，p0為入射場與天線極化方向間的極化系數(shù)，取值范圍為0～1。

令式(13)和式(14)左側(cè)功率相等，結(jié)合式(2)和式(11)，可以得到均勻場中受測設(shè)備的敏感元件接收功率達(dá)到ws所需的場強(qiáng)為：

臨界輻射干擾場強(qiáng)是使受測設(shè)備受到干擾的場強(qiáng)最小值，因此p0取1，d取最大值，得到混響室條件下受測設(shè)備的臨界輻射干擾場強(qiáng)的計(jì)算公式為：

與之作為比較，現(xiàn)有技術(shù)中給出的臨界輻射干擾場強(qiáng)計(jì)算公式為：

由式(16)容易看出，即使受測設(shè)備在混響室中具有相同的干擾概率，在均勻場中輻射敏感度的測試結(jié)果可能會(huì)有較大差別。其根本原因是敏感元件在混響室中接收功率的統(tǒng)計(jì)特性與其等效天線的方向特性無關(guān)，而在均勻場中卻關(guān)系很大?，F(xiàn)有技術(shù)中臨界輻射干擾場強(qiáng)的計(jì)算公式忽略了受測設(shè)備方向特性的影響，當(dāng)dmax在1.5附近時(shí)測量誤差不顯著，但是當(dāng)dmax較大時(shí)受測設(shè)備的臨界輻射干擾場強(qiáng)有被高估的風(fēng)險(xiǎn)。

需要注意的是，上述推導(dǎo)在受測設(shè)備足夠復(fù)雜且為電大尺寸的情況下得到，因?yàn)橹挥性跐M足該條件的情況下dco的概率分布才與式(6)符合較好。對于主要耦合途徑為天線的受測設(shè)備，<dmax>的計(jì)算方法并不適用。若天線的dmax可以求得，es可以直接通過式(16)進(jìn)行計(jì)算。

進(jìn)一步的，所述輻射敏感度測試方法還可以包括：驗(yàn)證所述受測設(shè)備的臨界輻射干擾場強(qiáng)的準(zhǔn)確性。

驗(yàn)證的基本思路為：給定混響室條件下受測設(shè)備的臨界干擾功率和干擾概率，采用公式(16)得到的場強(qiáng)值作為均勻場條件下平面波的幅值對受測設(shè)備進(jìn)行輻照，將受測設(shè)備敏感元件的接收功率與給定的臨界干擾功率進(jìn)行比較。為減少計(jì)算量，提高仿真效率，通過仿真軟件feko，以八木天線作為受測設(shè)備，將天線的負(fù)載電阻作為敏感元件，分別建立了天線在混響室和均勻場條件下的仿真模型。

本實(shí)施例中，驗(yàn)證所述受測設(shè)備的臨界輻射干擾場強(qiáng)的準(zhǔn)確性的過程可以表述為：

1)對以八木天線作為所述受測設(shè)備，將天線的負(fù)載電阻作為敏感元件，選取觀測頻點(diǎn)，計(jì)算天線在觀測頻點(diǎn)下的三維方向圖，記錄dmax的值及天線的最敏感方向；

2)建立混響室條件下天線的仿真模型，根據(jù)測試區(qū)域內(nèi)一點(diǎn)的場強(qiáng)計(jì)算σ，對天線負(fù)載的接收功率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，記錄概率分布函數(shù)為0.5時(shí)對應(yīng)的接收功率ws，并計(jì)算天線的臨界輻射干擾場強(qiáng)es；

3)建立均勻場環(huán)境下天線的仿真模型，采用場強(qiáng)大小為es的平面波對天線的最敏感方向進(jìn)行輻照，比較此時(shí)天線負(fù)載的接收功率與ws之間的大小關(guān)系，并對所述受測設(shè)備的臨界輻射干擾場強(qiáng)的準(zhǔn)確性進(jìn)行判斷。

圖2和圖3分別示出了八木天線的仿真模型以及天線在400mhz和600mhz時(shí)的三維方向圖。仿真試驗(yàn)選取了頻率范圍為100-800mhz之間均勻間隔的8個(gè)頻點(diǎn)作為觀測頻點(diǎn)。由于尺寸設(shè)置的原因，該天線在400mhz附近時(shí)的方向性最好。

圖4為基于平面波疊加的方法建立的混響室條件下仿真模型，采用1000列1v/m、均勻分布于空間立體角的平面波進(jìn)行疊加，計(jì)算了500個(gè)攪拌位置時(shí)距離天線6m的一點(diǎn)的場強(qiáng)值和天線負(fù)載的接收功率。圖5為300mhz時(shí)場強(qiáng)直角分量的概率分布曲線，圖6為300mhz時(shí)天線接收功率的概率分布曲線，將仿真結(jié)果與理論分布進(jìn)行了比較?？梢钥闯觯瑘鰪?qiáng)以及接收功率的統(tǒng)計(jì)規(guī)律與理論相吻合，模擬的混響室場環(huán)境與實(shí)際相符。

表1仿真數(shù)據(jù)

表1詳細(xì)列出了步驟1)和步驟2)中所得的參數(shù)，其中es1、es2分別為通過本實(shí)施例和現(xiàn)有技術(shù)(emmanuelamador提出的通過干擾概率來計(jì)算eut的臨界輻射干擾場強(qiáng)的方法，式17)計(jì)算所得的臨界輻射干擾場強(qiáng)。分別以es1、es2作為均勻場的場強(qiáng)幅值對天線最敏感方向進(jìn)行輻照，天線的接收功率與其臨界干擾功率的比較如圖7所示。

從圖7中可以看出，本文方法得到的受測設(shè)備的臨界輻射干擾場強(qiáng)與實(shí)際值符合較好，因而對應(yīng)的接收功率與受測設(shè)備的臨界干擾功率更加接近?，F(xiàn)有技術(shù)中只考慮了場強(qiáng)的單一直角分量，在dmax較小時(shí)誤差很小，但是當(dāng)dmax較大時(shí)受測設(shè)備的臨界輻射干擾場強(qiáng)會(huì)被高估，對應(yīng)的均勻場受測設(shè)備的接收功率明顯偏大。仿真結(jié)果同時(shí)也再次表明，由于混響室中受測設(shè)備的測試與其方向特性無關(guān)，即使不同受測設(shè)備在混響室中具有相同的干擾概率，在均勻場中的臨界輻射干擾場強(qiáng)也會(huì)不同。

由上述仿真可以看到，本文方法得到的臨界輻射干擾場強(qiáng)es與受測設(shè)備的實(shí)際值在理想情況下基本一致。但是在實(shí)際測試過程中，需要根據(jù)式(9)對dmax的值進(jìn)行估計(jì)。為此，通過仿真來驗(yàn)證該dmax估計(jì)方法的正確性。

現(xiàn)有技術(shù)還有采用蒙特卡羅仿真的方法，通過非有意輻射體模型，對任意非有意輻射體的輻射特性進(jìn)行了研究。該模型通過用電尺寸表征受測設(shè)備大小，用赫茲偶極子(hertziandipole)的個(gè)數(shù)表征其復(fù)雜程度。本實(shí)施例采用該方法對dmax的估計(jì)方法進(jìn)行檢驗(yàn)。

圖8為該模型某一截面的輻射方向圖。其中，n為赫茲偶極子個(gè)數(shù)，ka為波數(shù)和赫茲偶極子分布的球面半徑的乘積；圖8中左側(cè)圖n＝5，ka＝6；圖8中右側(cè)圖n＝10，ka＝15。從圖8中可以看出，隨著受測設(shè)備電尺寸和復(fù)雜程度的增加，其輻射方向圖也越來越復(fù)雜，方向性系數(shù)d呈現(xiàn)出較強(qiáng)的隨機(jī)性。

不同的偶極子個(gè)數(shù)和ka時(shí)d的概率分布如圖9和圖10所示，圖中對d仿真的概率分布與式(13)的理論分布進(jìn)行了比較。圖9中n＝5，圖10中n＝10?？梢钥闯?，隨著受測設(shè)備的電尺寸和復(fù)雜程度的增加，方向性系數(shù)的概率分布與理論值也越來越接近。因此，對于復(fù)雜的受測設(shè)備，可以通過式(6)對其方向性系數(shù)的統(tǒng)計(jì)特性進(jìn)行描述。

圖11對不同電尺寸和復(fù)雜程度的受測設(shè)備的dmax的理論值與仿真值進(jìn)行比較。從圖中可以看出，dmax的理論值與仿真值符合較好，即使在受測設(shè)備方向性系數(shù)的概率分布與理論有一定的差異的情況下，dmax的估計(jì)誤差仍然較小。仿真結(jié)果證明了dmax的估計(jì)方法的正確性。

以上仿真結(jié)果初步驗(yàn)證了本實(shí)施例方法的正確性，為對本實(shí)施例方法進(jìn)行進(jìn)一步檢驗(yàn)，依托軍械工程學(xué)院國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，以ets3142e型天線為受測設(shè)備，分別在混響室和開闊場進(jìn)行試驗(yàn)。其中，天線長、寬分別為1.37m、1.33m，可用頻率26-6000mhz。

將天線和場強(qiáng)計(jì)同時(shí)置于混響室中，該混響室的最低使用頻率約為80mhz。場強(qiáng)計(jì)記錄各個(gè)攪拌器位置下的場強(qiáng)大小，進(jìn)而計(jì)算σ，取攪拌步數(shù)為100；天線接收信號(hào)經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后連接頻譜儀，記錄天線接收功率。在天線與光電轉(zhuǎn)換之間連接了20db的衰減器，以確保光電轉(zhuǎn)換不因輸入功率過大而損壞。為便于與均勻場比較，測試的頻率選取了200-800m內(nèi)均勻間隔的7個(gè)頻點(diǎn)。200mhz時(shí)場強(qiáng)直角分量的概率分布如圖12所示，天線接收功率的概率分布如圖13所示，可見試驗(yàn)結(jié)果與理論符合較好。

表2混響室試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表2給出了用于計(jì)算天線臨界輻射干擾場強(qiáng)的參數(shù)。為檢驗(yàn)試驗(yàn)的重復(fù)性，每個(gè)頻點(diǎn)考慮了干擾概率為20％、40％和60％三種情況。其中，接收功率的概率分布函數(shù)等于1-p時(shí)對應(yīng)的接收功率即為干擾概率為p時(shí)天線的臨界干擾功率；天線的最大方向性系數(shù)采用其增益近似，即g＝ηadmax≈dmax。

開闊場中被測天線的配置與混響室中相同。由于被測天線的增益為距離3m時(shí)的校準(zhǔn)值，開闊場中發(fā)射天線與被測天線的間隔3m。為保證場強(qiáng)測試結(jié)果的準(zhǔn)確性，采用移除法，選取了被測天線的頭部、中部和尾部三點(diǎn)場強(qiáng)的均值作為場強(qiáng)的測量值。具體的試驗(yàn)步驟為：

1)將被測天線置于測試位置，對于每一個(gè)待測頻點(diǎn)和干擾概率，調(diào)整信號(hào)源輸出，使被測天線接收功率與相應(yīng)的臨界干擾功率ws相等，記錄此時(shí)的信號(hào)源輸出pout；重復(fù)本步驟，直到所有頻點(diǎn)測試結(jié)束；

2)把天線移除，將場強(qiáng)計(jì)置于步驟1)中被測天線的頭部位置，以pout為信號(hào)源輸出，分別測量各個(gè)頻點(diǎn)、干擾概率下該位置的場強(qiáng)大小；按照同樣的方法測量天線中部、尾部的場強(qiáng)；

3)將三個(gè)測量位置的場強(qiáng)值取平均，作為天線的臨界干擾場強(qiáng)。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表3所示：

表3開闊場試驗(yàn)數(shù)據(jù)

圖15至圖17中對天線作為受測設(shè)備時(shí)臨界輻射干擾場強(qiáng)的理論值與實(shí)測值比較，同樣將本文方法與現(xiàn)有技術(shù)(emmanuelamador提出的通過干擾概率來計(jì)算eut的臨界輻射干擾場強(qiáng)的方法)進(jìn)行了對比。其中，圖15中干擾概率為20％，圖16中干擾概率為40％，圖17中干擾概率為60％?？梢钥闯?，與仿真結(jié)果類似，本實(shí)施例得到的臨界輻射干擾場強(qiáng)的大小與實(shí)測值更加接近，而且不同干擾概率下測試結(jié)果有較好的重復(fù)性。由于天線的最大方向性系數(shù)采用了3m增益近似，計(jì)算中使用的dmax要小于實(shí)際值，因而臨界輻射干擾場強(qiáng)的計(jì)算結(jié)果會(huì)普遍偏大。

表4相對誤差均值/db

表4中，現(xiàn)有技術(shù)為emmanuelamador提出的通過干擾概率來計(jì)算eut的臨界輻射干擾場強(qiáng)的方法。表4給出了各個(gè)干擾概率下相對誤差的均值。從表中可以看到，本文方法相對誤差較小。從理論上來講，本文方法計(jì)算得到的臨界輻射干擾場強(qiáng)應(yīng)該與均勻場實(shí)測值相一致，誤差主要來自兩個(gè)方面：一是dmax取的是天線增益的近似值，小于其實(shí)際值；二是由于場地有限，試驗(yàn)采用的開闊場與理想開闊場的場環(huán)境存在差異，場強(qiáng)測量結(jié)果存在誤差。

上述實(shí)施例選取了天線作為簡單的受測設(shè)備進(jìn)行試驗(yàn)，初步驗(yàn)證了方法的準(zhǔn)確性。然而對于實(shí)際復(fù)雜的受測設(shè)備，根據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)相關(guān)理論，混響室與均勻場測試結(jié)果存在固有的差異，以下對二者的差異進(jìn)行分析。

從上文給出的混響室中受測設(shè)備臨界輻射干擾場強(qiáng)計(jì)算公式的推導(dǎo)過程可以發(fā)現(xiàn)，式(16)是在均勻場中電磁波的入射方向恰好使d取最大值、極化方向與敏感元件等效天線的極化方向一致時(shí)得到，考慮的是受測設(shè)備與電磁場最佳耦合的情況。由于混響室內(nèi)的場具有統(tǒng)計(jì)均勻、隨機(jī)極化的特點(diǎn)，可以認(rèn)為最佳耦合情況在混響室中是能夠得到的，但是在均勻場中卻很難找到，尤其是在受測設(shè)備為電大尺寸的時(shí)候。

位于某金屬殼體內(nèi)的單極子天線的輻射方向圖如圖17所示，天線長度5cm，殼體尺寸0.5×0.5×0.2m。圖17中，由左至右輻射頻率依次為0.3ghz、1.5ghz和3.2ghz。金屬殼體模擬的是假想的受測設(shè)備機(jī)殼，單極子天線可以視為受測設(shè)備內(nèi)的敏感元件?？梢钥吹剑S著頻率增加，單極子天線的輻射特性越來越復(fù)雜，均勻場條件下很難找到受測設(shè)備的最佳耦合方向。

由于混響室中受測設(shè)備受到空間各個(gè)方向受到均勻的電磁輻照，均勻場中通常只能在三個(gè)互相垂直的平面進(jìn)行輻照，受測設(shè)備在混響室中的臨界輻射干擾場強(qiáng)一般小于均勻場中的測試結(jié)果。為使混響室中受測設(shè)備輻射敏感度的測試結(jié)果與均勻場中相一致，需對混響室中的臨界輻射干擾場強(qiáng)進(jìn)行補(bǔ)償。

由式(14)可知，均勻場中受測設(shè)備接收功率的方向特性可以由極化系數(shù)p0和方向性系數(shù)d的乘積來完整描述，記為：

dp＝d·p0(18)

對于混響室中的輻射敏感度測試，取p0等于1，則<dp,max>＝<dmax>；但對于均勻場而言，p0為隨機(jī)變量，式(16)應(yīng)改寫為

對于非有意輻射體，極化系數(shù)p0服從0～1范圍內(nèi)的均勻分布，d、p0的統(tǒng)計(jì)特性已知，容易計(jì)算得到dp的概率密度函數(shù)為：

可見dp服從均值為1/2的指數(shù)分布。與d類似，dp的概率分布函數(shù)和最大值的期望分別為：

其中，nu為均勻場中的輻照次數(shù)。

可以看出，<dp,max>只與均勻場中的輻照次數(shù)有關(guān)。將<dp,max>作為dp,max的近似，由式(19)可以計(jì)算均勻場中受測設(shè)備的臨界輻射干擾場強(qiáng)es′。

按照上述理論，在均勻場中輻照次數(shù)較少的情況下，即nu＜＜ni時(shí)，受測設(shè)備的臨界輻射干擾場強(qiáng)應(yīng)為es′，當(dāng)nu與ni接近時(shí)，臨界輻射干擾場強(qiáng)應(yīng)為es。圖18給出了受測設(shè)備在兩種測試場地中得到的臨界輻射干擾場強(qiáng)的比值隨電尺寸和均勻場中的輻照次數(shù)的變化規(guī)律，其中ka＝k·a，與受測設(shè)備的電尺寸相關(guān)?？梢钥闯?，隨著受測設(shè)備電尺寸的增大，es與es′的差異越來越大；均勻場中的輻照次數(shù)增加時(shí)，es與es′逐漸接近。這是因?yàn)槭軠y設(shè)備的輻射特性隨電尺寸的增大越來越復(fù)雜，在均勻場中輻照次數(shù)越多，輻射敏感度的測試結(jié)果越接近于受測設(shè)備的真實(shí)值。從圖中也可以看出，當(dāng)均勻場中的輻照次數(shù)大于12時(shí)，可以保證二者的差異小于50％。

為驗(yàn)證以上理論的正確性，依托軍械工程學(xué)院國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，分別在混響室和均勻場中進(jìn)行試驗(yàn)。為保證受測設(shè)備輻射特性滿足非有意輻射體的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，選用內(nèi)部放有單極子天線的計(jì)算機(jī)機(jī)箱為受測設(shè)備，單極子天線為敏感元件，測試了頻率范圍為3～3.7ghz均勻間隔的8個(gè)頻點(diǎn)。

試驗(yàn)的基本思路：在混響室中測量天線在一定干擾概率下的臨界干擾功率，計(jì)算均勻場條件下的臨界輻射干擾場強(qiáng)；在均勻場采用該場強(qiáng)對受測設(shè)備在多個(gè)角度進(jìn)行輻照，比較天線的最大接收功率與臨界干擾功率之間的差異。

試驗(yàn)選取的受測設(shè)備單極子天線長度約60mm，機(jī)箱尺寸391×200×417mm，在試驗(yàn)頻段內(nèi)為電大尺寸。單極子天線接收電磁波后，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換由頻譜儀測量其接收功率。為避免因接收功率過大損壞光電轉(zhuǎn)換，在光電轉(zhuǎn)換與天線之間連接了20db的衰減器。天線、衰減器、光電轉(zhuǎn)換連接好之后，用膠帶固定在機(jī)箱內(nèi)部，保證機(jī)箱內(nèi)的各個(gè)器件在整個(gè)試驗(yàn)過程中位置保持不變。

混響室試驗(yàn)中，將受測設(shè)備和場強(qiáng)計(jì)置于混響室測試區(qū)域，頻譜儀、場強(qiáng)計(jì)分別記錄各個(gè)攪拌位置單極子天線的接收功率和場強(qiáng)的三個(gè)直角分量，每個(gè)頻點(diǎn)測試了100個(gè)攪拌位置。3ghz時(shí)的場強(qiáng)直角分量和天線接收功率的累積概率分布。如圖19和圖20所示，將樣本分布和理論分布進(jìn)行了比較。其中，場強(qiáng)直角分量服從瑞利分布，受測設(shè)備接收功率服從指數(shù)分布，二者均與理論符合較好。

表5混響室中參數(shù)計(jì)算結(jié)果

由混響室試驗(yàn)數(shù)據(jù)和受測設(shè)備的幾何尺寸可以計(jì)算得到表5中的各個(gè)參數(shù)。其中，天線接收功率的累積概率為1－p時(shí)對應(yīng)的干擾功率即為受測設(shè)備干擾概率為p時(shí)的臨界干擾功率ws，如圖20所示。試驗(yàn)中取p＝20％。在接下來的均勻場試驗(yàn)中每個(gè)頻點(diǎn)對受測設(shè)備均進(jìn)行了96次輻照，dp,max的值不變，由式(22)計(jì)算得到。es、es′為混響室和均勻場中受測設(shè)備的臨界輻射干擾場強(qiáng)，分別由式(16)、(19)得到。

均勻場中受測設(shè)備的輻照試驗(yàn)在屏蔽室中進(jìn)行，由于試驗(yàn)頻率較高，遠(yuǎn)場條件很容易達(dá)到，受測設(shè)備與天線距離約為3m。受測設(shè)備依靠底部圓形轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)，將轉(zhuǎn)臺(tái)一周均勻分成32等份，在受測設(shè)備三個(gè)互相垂直的平面內(nèi)進(jìn)行輻照，即每個(gè)頻點(diǎn)的輻照次數(shù)為96次。每個(gè)頻點(diǎn)試驗(yàn)前，先將受測設(shè)備移出，調(diào)整信號(hào)源輸出，使受測設(shè)備幾何中心場強(qiáng)為es′。

為確保試驗(yàn)的準(zhǔn)確性，需驗(yàn)證測試區(qū)域內(nèi)的場均勻性。每個(gè)頻點(diǎn)試驗(yàn)前測量了受測設(shè)備幾何中心所在平面的5個(gè)點(diǎn)的場強(qiáng)，測量結(jié)果見表6?？梢钥吹剑瑴y試區(qū)域內(nèi)的場強(qiáng)在小范圍內(nèi)變化，場均勻性基本滿足試驗(yàn)要求。

表6場均勻性驗(yàn)證數(shù)據(jù)

均勻場試驗(yàn)對受測設(shè)備輻射特性的統(tǒng)計(jì)規(guī)律進(jìn)行了驗(yàn)證。由于dp服從指數(shù)分布，由式(14)可知，對受測設(shè)備不同角度輻照時(shí)，單極子天線的接收功率必定也服從指數(shù)分布。圖21為天線在3ghz頻點(diǎn)的接收功率的累積概率分布，圖22為天線在3.1ghz頻點(diǎn)的接收功率的累積概率分布，可見理論與試驗(yàn)符合較好，選用的受測設(shè)備滿足試驗(yàn)要求。

圖23中比較了混響室與均勻場的試驗(yàn)結(jié)果。其中，ws為表5中的臨界干擾功率，w1、w為均勻場中輻照場強(qiáng)為es′和es時(shí)天線接收功率的最大值。為提高試驗(yàn)效率，w并不是通過試驗(yàn)測得，而是由w1根據(jù)二者場強(qiáng)大小計(jì)算得到。表7給出了ws、w1之間的誤差?？梢钥吹?，當(dāng)受測設(shè)備處于場強(qiáng)為es′的場環(huán)境中，最大接收功率與其臨界干擾功率基本一致，最大誤差不超過3dbm，平均誤差小于1.5dbm，試驗(yàn)結(jié)果與理論誤差較小。

表3試驗(yàn)誤差

由于電大尺寸受測設(shè)備輻射特性的復(fù)雜性，均勻場試驗(yàn)時(shí)其最敏感的輻照方向和極化方向很難取到。就本文的受測設(shè)備而言，根據(jù)在3ghz時(shí)受測設(shè)備相互獨(dú)立的輻照方向有1596個(gè)。在均勻場中，對如此多的角度進(jìn)行輻照是不太現(xiàn)實(shí)的。從圖21和圖22可以看到，采用混響室中得到的臨界輻射干擾場強(qiáng)es對受測設(shè)備進(jìn)行輻照，當(dāng)輻照次數(shù)遠(yuǎn)小于受測設(shè)備的獨(dú)立的輻照方向數(shù)時(shí)，受測設(shè)備不會(huì)受到干擾；但將es和es′的輻照結(jié)果對比，可以推測，若輻照次數(shù)與受測設(shè)備的獨(dú)立的輻照方向數(shù)接近，場強(qiáng)為es時(shí)敏感元件的最大接收功率應(yīng)與其臨界干擾功率接近。因此，在進(jìn)行輻射敏感度測試時(shí)，與均勻場相比，混響室給出的測試結(jié)果相對“苛刻”。

上述輻射敏感度測試方法，基于混響室與均勻場中受測設(shè)備敏感元件接收功率等效的思想，結(jié)合混響室的全向輻照的電磁環(huán)境，解決混響室中受測設(shè)備的臨界輻射干擾場強(qiáng)測試結(jié)果與均勻場相關(guān)性較差的問題，為混響室條件下設(shè)備的輻射敏感度測試提供新的思路。

應(yīng)理解，上述實(shí)施例中各步驟的序號(hào)的大小并不意味著執(zhí)行順序的先后，各過程的執(zhí)行順序應(yīng)以其功能和內(nèi)在邏輯確定，而不應(yīng)對本發(fā)明實(shí)施例的實(shí)施過程構(gòu)成任何限定。

實(shí)施例二

對應(yīng)于上文實(shí)施例一所述的輻射敏感度測試方法，圖24示出了本發(fā)明實(shí)施例二提供的輻射敏感度測試裝置的結(jié)構(gòu)框圖。為了便于說明，僅示出了與本實(shí)施例相關(guān)的部分。

參照圖24，該裝置包括測量計(jì)算模塊101、處理模塊102和模型計(jì)算模塊103。測量計(jì)算模塊101，用于測量混響室中多個(gè)攪拌位置下所述受測設(shè)備受到干擾的次數(shù)和場強(qiáng)的直角分量，并根據(jù)所述受測設(shè)備受到干擾的次數(shù)和場強(qiáng)直角分量，計(jì)算干擾概率和所述參數(shù)σ。處理模塊102，用于根據(jù)測試頻率和所述受測設(shè)備的尺寸計(jì)算波數(shù)和所述能夠包含受測設(shè)備的最小球體的半徑，并根據(jù)所述波數(shù)和半徑得出所述受測設(shè)備的方向性系數(shù)最大值。模型計(jì)算模塊103，用于根據(jù)所述參數(shù)σ、所述干擾頻率和所述方向性系數(shù)最大值，結(jié)合預(yù)設(shè)模型得出所述受測設(shè)備的臨界輻射干擾場強(qiáng)。

可選的，所述測量計(jì)算模塊101計(jì)算參數(shù)σ和干擾概率的過程為：

混響室中任意一點(diǎn)場強(qiáng)直角分量的幅值服從瑞利分布，概率分布函數(shù)為：

其中，σ²為混響室內(nèi)場強(qiáng)平方的均值的1/6，設(shè)第i個(gè)攪拌位置混響室測試區(qū)域內(nèi)一點(diǎn)場強(qiáng)x方向分量為exi，則σ的最大似然估計(jì)為：

若n個(gè)攪拌位置中受測設(shè)備受到ns次干擾，則干擾概率的估計(jì)值為：

可選的，所述處理模塊102根據(jù)所述波數(shù)和半徑得出所述受測設(shè)備的方向性系數(shù)最大值的過程為：

所述受測設(shè)備的方向性系數(shù)d概率分布函數(shù)為：

fd(d)＝1-(1+2d)e^-2d,d>0，

對應(yīng)的概率密度函數(shù)為：

fd(d)＝4de^-2d,d>0；

將d的最大值的期望作為d的最大值dmax的近似，其表達(dá)式為：

其中，ni為受測設(shè)備輻射場的輻射方向、極化方向相互獨(dú)立的方向個(gè)數(shù)，k為波數(shù)，a為包含受測設(shè)備的最小球體的半徑，表示取不大于ka的最大整數(shù)。

一個(gè)實(shí)施例中，所述受測設(shè)備的臨界輻射干擾場強(qiáng)為：

優(yōu)選的，還包括：驗(yàn)證模塊，用于驗(yàn)證所述受測設(shè)備的臨界輻射干擾場強(qiáng)的準(zhǔn)確性。

以八木天線作為所述受測設(shè)備，將天線的負(fù)載電阻作為敏感元件，選取觀測頻點(diǎn)；所述驗(yàn)證模塊具體用于：

計(jì)算天線在觀測頻點(diǎn)下的三維方向圖，記錄dmax的值及天線的最敏感方向；

建立混響室條件下天線的仿真模型，根據(jù)測試區(qū)域內(nèi)一點(diǎn)的場強(qiáng)計(jì)算σ，對天線負(fù)載的接收功率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，記錄概率分布函數(shù)為0.5時(shí)對應(yīng)的接收功率ws，并計(jì)算天線的臨界輻射干擾場強(qiáng)es；

建立均勻場環(huán)境下天線的仿真模型，采用場強(qiáng)大小為es的平面波對天線的最敏感方向進(jìn)行輻照，比較此時(shí)天線負(fù)載的接收功率與ws之間的大小關(guān)系，以對所述受測設(shè)備的臨界輻射干擾場強(qiáng)的準(zhǔn)確性進(jìn)行判斷。

以上所述實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。