[发明专利]一种运用时域和频域能量等效原理的稳态测试方法

说明书

技术领域

本发明属于电磁环境效应技术领域，涉及一种运用时域和频域能量等效原理的稳态测试方法。

背景技术

研究证明，具有快上升沿的电磁脉冲对武器装备的损伤效应更为明显，如高功率微波(HPM)、超宽带(UWB)、高空核爆电磁脉冲(HEMP)、静电放电(ESD)等。这些强电磁脉冲不仅可以通过天线等前门耦合也可以通过孔缝等后门耦合进入系统内部进而对其内部器件造成损伤，其作用机理可概括为热效应、电磁辐射效应、静电场效应和磁效应四个方面。目前对电磁环境效应的研究就主要针对此类强电磁源。

由于强电磁脉冲的时域特征一般表现为随时间非正弦变化的瞬时脉冲函数，而目前成熟的防护技术都局限于频域的稳态性能分析。

虽然频域特性(反映不同时谐频点的稳态响应)可以反映一定的时域特性(通过傅里叶反变换)，但由于瞬时脉冲函数转化到频域内研究时，不同频点干扰在这些频点的驻留时间远小于稳态干扰的时间，其所对应能量起到的作用就与稳态干扰有着非常大的差别。因而对于所测试的设备仅凭信号的频域特征进行分析无法完全确定其对电磁干扰的真实防护性能。

为此运用时域、频域能量的等效原理，确定两者之间的转换关系，可为节约研究成本起到非常大作用。

以早期HEMP为例，该信号是一个瞬时短脉冲信号，其特点是在极短时间(20ns)内积聚巨大能量(场强高达50kV/m，能量0.114J/m²)。实际测试时很难复现该瞬时短脉冲信号，可以考虑用若干个正弦信号代替该脉冲信号对被测试元件或设备的作用，替换的前提条件是两者时域波形相近，携带的能量近似相同。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种简化测试条件、降低测试成本的运用时域和频域能量等效原理的稳态测试方法。

其具体技术方案为：

一种运用时域和频域能量等效原理的稳态测试方法，包括以下步骤：

1)准备一台直流信号源和一台正弦信号源，按照工作频率分频点对被测试对象进行加载；

2)记录被测试对象在不同频率信号源激励下的时域响应曲线，如所关心部位的场强幅值、功率密度等；

3)对于线性系统，利用线性叠加原理可以得到被测试对象在原强电磁脉冲信号作用下的时域响应曲线；

4)将被测试对象放在实际强电磁信号源激励下，记录相应的时域响应曲线；

5)比较一组真实强电磁脉冲瞬态信号作用下的时域响应曲线和若干余弦稳态信号作用下的时域响应曲线，可以对方案的可行性进行检验；

6)一组瞬态信号和稳态信号作用下的时域响应曲线基本一致时，后续的测试将只进行稳态响应的测试而不需要进行瞬态响应测试。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：不需要购买价钱昂贵的瞬态信号发生器和寻找特定场地进行高成本的瞬态信号测试试验，仅需进行常规的稳态信号测试即可，降低了试验难度和试验成本。

附图说明

图1是早期HEMP标准波形；

图2是不同阶傅里叶级数合成HEMP曲线；

图3是n＝40时经傅里叶级数合成HEMP曲线；

图4是归一化UWB正脉冲波形；

图5是n＝20经傅里叶级数合成的UWB波形；

图6是n＝40经傅里叶级数合成UWB波形；

图7是实测双极性UWB波形；

图8是双极性UWB模拟波形；

图9是n＝20时经傅里叶级数合成的UWB曲线；

图10是n＝30时经傅里叶级数复合而成的UWB曲线。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案作进一步详细地说明。

根据傅里叶分析法，一个信号可以表示为不同频率正弦分量的加权和，即将信号进行傅里叶级数展开。可以将电磁脉冲源的信号分解为不同频率正弦波的叠加，分别对每一个频率正弦波进行时域仿真研究，计算每一个频率的正弦波对测试对象辐射时的特性，再综合分析若干个正弦信号共同作用时被测试对象的时域响应特性。

设某时域信号为f(t)，周期为T，角频率为该信号可以展开为下面的傅里叶级数，即