本發明涉及傳導敏感度的測試方法技術領域，尤其涉及一種基于耦合裝置的傳導敏感度測試方法。

背景技術：
現代戰爭中武器裝備面臨的電磁環境愈加復雜和惡劣，由于強電磁輻射場能夠顯著干擾系統和設備的正常工作，嚴重威脅裝備正常效能的發揮，因此需要預先開展強場電磁輻射敏感度試驗，檢驗裝備的戰場電磁環境生存能力。目前廣泛采用的方法是全電平電磁輻照測試法，這類方法已日趨完善和成熟。然而，現行電磁兼容測試標準中給出的電磁輻射敏感度測試場強不斷提高。在現有實驗室條件下，想要在大空間范圍內模擬標準要求的電磁環境是十分昂貴甚至難以實現的，這導致傳統的全電平電磁輻照法已無法滿足測試需求。為此，必須發展新的測試方法，電流注入法就是在這樣的背景下受到關注并逐步發展起來的。電流注入法目前主要用于傳導敏感度測試，主要包括大電流注入(bulkcurrentinjection,BCI)法、直接電流注入(directcurrentinjection,DCI)法和脈沖電流注入(pulsedcurrentinjection,PCI)法等。從上世紀60年代開始，國內外研究單位就競相開展相關研究，使得電流注入技術得到了持續的發展，其中BCI技術的發展最快，目前已被寫進多種行業標準中，成為了一種不可或缺的測試方法。DCI技術主要應用于飛機和導彈的電磁兼容(electromagneticcompatibility,EMC)測試。PCI技術主要用于檢驗防護設備的瞬態抑制性能和電路對傳導脈沖干擾的耐受程度。BCI是一種使用鐵氧體注入探頭的共模注入方法，干擾信號首先通過注入探頭耦合至互聯線纜，進一步以傳導方式耦合至線纜終端的EUT，試驗配置如圖1所示。作為一種傳導敏感度測試方法，BCI已被廣泛接受，尤其是在軍用和汽車行業領域中。例如，國軍標GJB151B-2013中傳導敏感度測試測試項目CS114、CS115和CS116都是基于BCI技術實現的。研究表明，BCI技術在200MHz以下的測試結果有著良好的重復性，但在200MHz以上其測試結果對探頭的位置十分敏感，但英國國防標準將BCI的適用頻率上限定為400MHz。造成BCI方法適用頻率范圍受限的原因主要有兩方面：一是當頻率升高后，由于波長與線纜長度可比擬，所以在線纜上會產生明顯的駐波效應，此時監測電流值和注入響應均與注入位置密切相關，從而影響了試驗的可重復性；二是電流注入探頭的應用頻帶受限。隨著頻率的上升，注入探頭內部鐵氧體環的相對磁導率迅速下降，由于磁滯現象及渦流的存在，磁芯的損耗會顯著上升，高頻時的諧振現象限制了探頭的傳輸功能，因此400MHz以上的注入技術還有待進一步研究。傳導敏感度測試中需要獲取的關鍵參數是EUT出現效應時對應輸入端口的電流IEUT，測試標準中給出的方法是根據監測探頭測量的電壓值和該探頭的轉移阻抗計算得到IEUT。然而，PaoloS.Crovetti等人的研究表明，上述方法僅當頻率低于100MHz時有效，頻率繼續升高后，由于寄生參數的影響，計算值與真實值間的誤差會不斷增大，最大誤差可達30dB左右。由此可見，當前傳導敏感度測試方法在100MHz以上時存在局限性。此外，國標GBT17626.6中還使用CDN和電磁鉗開展傳導敏感度測試，適用頻率上限為230MHz。對于GJB151B-2013中的CS103、CS104和CS105，雖然規定通過天線端口對接收機開展傳導敏感度試驗的頻率達到了20GHz，但其關注的主要是互調干擾、無用信號抑制和交調干擾情況，而且不適用于輔助設備有工作信號傳輸的情況。在400MHz以上，目前的電磁兼容測試標準還沒有給出針對其他干擾或損傷情況的傳導敏感度測試方法。相比于輻射敏感度測試，傳導敏感度測試操作更為簡便，十分適合在設備研制階段用于電磁兼容預實驗測試。工程實際中，將傳導敏感度測試應用于400MHz以上是有必要的。例如，在射頻前端系統中，為保護低噪聲放大器和后續信號處理電路中的敏感設備，一般會在天線接收主通道上添加一級或多級防護電路。在研制階段，通過注入方法研究射頻前端主通道的防護能力是十分方便的。然而，此類系統的干擾信號頻率可能大于400MHz，例如高功率微波和超寬帶電磁脈沖等。因此，有必要研究400MHz以上開展傳導敏感度測試的方法。

技術實現要素：
本發明所要解決的技術問題是提供一種基于耦合裝置的傳導敏感度測試方法，所述方法不必關心測試時被測試件EUT特性是否發生變化，只需通過測試得到的其它參數就可以判斷EUT是否出現干擾或損傷效應。為解決上述技術問題，本發明所采取的技術方案是：一種基于耦合裝置的傳導敏感度測試方法，其特征在于包括如下步驟：1)使用耦合裝置構建傳導敏感度測試系統，將整個系統除被測試件EUT和注入源外的部分視作一個三端口網絡，其中耦合裝置的注入端口、監測端口和輸出端口分別視為1#～3#端口；2)當被測試件EUT工作在線性區時，通過耦合裝置監測端電壓Um、三端口的網絡參數S以及被測試件EUT輸入端口的反射系數ΓEUT獲取被測試件EUT輸入端口電流IEUT，通過被測試件EUT出現干擾或損傷效應時對應輸入端口的電流IEUT判斷被測試件EUT的傳導敏感度；3)當被測試件EUT工作在線性或非線性區時，通過獲取被測試件EUT輸入端口的入射波電流作為判斷EUT是否出現干擾或損傷效應的參量。進一步的技術方案在于：所述的步驟2)具體通過以下方法獲得：1#～3#端口的入射波分別為其中US為注入源電壓，ΓEUT為EUT輸入端口的反射系數，b2為2#端口的反射波，Z0為各端口的輸入阻抗；根據S參數性質，可得2#和3#端口的反射波分別為其中，S21、S22、S31和S32為上述三端口網絡的S參數；根據各端口的入射波和反射波，可得監測端電壓Um和EUT輸入端口電流IEUT分別為根據式(1)至(3)，可得到Um和IEUT的關系如下因此，通過測試三端口網絡的S參數、Um和ΓEUT可以計算出被測試件EUT輸入端口電流IEUT。進一步的技術方案在于：利用矢量網絡分析儀VNA獲得三端口網絡的S參數。進一步的技術方案在于：所述的步驟3)具體通過以下方法獲得：在輔助設備端口匹配或者反射可忽略的情況下，可得所述三端口網絡的S22參數為0，又因為耦合裝置的輸出端口和監測端口是隔離的，所以三端口網絡的S32參數近似為0，此時式(4)可化簡為而被測試件EUT輸入端口的入射波電流與IEUT的關系為需要說明的是，由于ΓEUT為電壓反射系數，所以上式括號中ΓEUT的系數為負，由式(5)和(6)可得上式說明，與EUT特性無關，可由Um計算得到；對于電磁脈沖情況，同樣可以根據監測端電壓波形um(t)獲取入射波電流波形即其中本發明還公開了一種基于耦合裝置的傳導敏感度測試系統，其特征在于：所述系統包括耦合裝置，信號源的輸入端經40dB衰減器后與所述耦合裝置的輸入端口連接，干擾信號注入源經干擾信號衰減器后與所述耦合裝置的注入端口連接，耦合裝置的輸出端口與被測試件EUT的輸入端連接，所述被測試件EUT的輸出端經20dB衰減器后與示波器的一個信號輸入端連接，所述耦合裝置的監測端口與示波器的另一個輸入端連接。進一步的技術方案在于：所述干擾信號注入源為方波源或連續波源。進一步的技術方案在于：所述被測試件EUT為低噪聲放大器。采用上述技術方案所產生的有益效果在于：所述方法的優勢在于不必考慮試驗時EUT特性是否發生變化，只需通過測試得到的相關參數就可以判斷EUT是否出現干擾或損傷效應。相比之下，以被測試件EUT輸入端口電流IEUT為判斷參量時，需要準確獲知EUT特性，但這在很多情況下是難以實現的。因此，本方法具有一定的優勢，更便于實現，且測試準確度較高。附圖說明圖1是現有技術中BCI試驗配置圖；圖2是本發明實施例中耦合裝置用于傳導敏感度試驗時的配置圖；圖3a是本發明實施例所述方法在連續波注入情況下通過監測端電壓和EUT輸出端電壓得到的IEUT對比圖；圖3b是本發明實施例所述方法在脈沖注入情況下通過監測端電壓和EUT輸出端電壓得到的IEUT對比圖；圖4是本發明實施例所述方法根據監測端電壓所得入射波電流與實際值對比圖；圖5是本發明實施例所述系統的原理框圖；圖6是本發明實施例方波作用下LNA響應圖；圖7是本發明實施例圖6中響應對應的入射波電流圖；其中：1、注入探頭2、監測探頭3、耦合裝置4、匹配負載。具體實施方式下面結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。在下面的描述中闡述了很多具體細節以便于充分理解本發明，但是本發明還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本發明內涵的情況下做類似推廣，因此本發明不受下面公開的具體實施例的限制?？傮w的，本發明公開了一種基于耦合裝置的傳導敏感度測試方法，包括如下步驟：1)使用耦合裝置構建傳導敏感度測試系統，將整個系統除被測試件EUT和注入源外的部分視作一個三端口網絡，其中耦合裝置的注入端口、監測端口和輸出端口分別視為1#～3#端口；2)當被測試件EUT工作在線性區時，通過耦合裝置監測端電壓Um、三端口的網絡參數S以及被測試件EUT輸入端口的反射系數ΓEUT獲取被測試件EUT輸入端口電流IEUT，通過被測試件EUT出現干擾或損傷效應時對應輸入端口的電流IEUT判斷被測試件EUT的傳導敏感度；3)當被測試件EUT工作在線性或非線性區時，通過獲取被測試件EUT輸入端口的入射波電流作為判斷EUT是否出現干擾或損傷效應的參量。具體的，當被測試件EUT工作在線性區時，通過以下方法進行測試：試驗時將耦合裝置與EUT輸入端口連接，具體配置如圖2所示。耦合裝置1#端口連接輔助設備，保證正常工作信號等可通過耦合裝置主通道傳輸到EUT端。4#端口作為注入端口，可實現在不影響正常信號傳輸的情況下將干擾信號注入到EUT端。5#端口作為監測端口，通過在該端口連接監測設備，可以實時監測傳輸到EUT輸入端的信號大小。在傳導敏感度試驗中，當EUT出現干擾或損傷效應時，需要確定此時EUT輸入端口的電流或電壓值，即傳導敏感度閾值。為獲得這一閾值，BCI方法首先通過預實驗進行校準，獲取監測探頭的轉移阻抗，之后在正式試驗中根據轉移阻抗和監測探頭所測電壓，可以換算出傳導敏感度閾值。然而，這種獲取閾值方法的有效應用頻率上限約為100MHz左右，當頻率繼續升高后，由于寄生參數的出現，該方法確定的閾值與真實閾值間的誤差可能會達到30dB。對于本方法，為準確獲得EUT輸入端口電流，需借助耦合裝置的監測端電壓和圖2中系統的網絡參數。為簡便起見，將整個系統除EUT和注入源外的部分視作一個三端口網絡，其中耦合裝置的注入端口、監測端口和輸出端口分別視為1#～3#端口?？傻眠@3個端口的入射波分別為其中US為注入源電壓，ΓEUT為EUT輸入端口的反射系數，b2為2#端口的反射波，Z0為各端口的輸入阻抗。根據S參數性質，可得2#和3#端口的反射波分別為其中，S21、S22、S31和S32為上述三端口網絡的S參數。根據各端口的入射波和反射波，可得監測端電壓Um和EUT輸入端口電流IEUT分別為根據式(1)至(3)，可得到Um和IEUT的關系如下因此，通過測試S參數、Um和ΓEUT可以計算出IEUT。下面通過試驗證明理論分析的正確性。需要注意的是，工程中直接監測IEUT一般比較困難，而EUT輸出端口的電壓便于監測，因此可通過計算由該輸出電壓獲取IEUT。為此，將包含單個輸入和輸出端口的EUT等效為2端口網絡。為便于獲取各端口電壓和電流間的關系，該網絡使用Z參數表示。令I1和I2分別為流過EUT輸入和輸出端口的電流，U1和U2分別為EUT輸入和輸出端口電壓。根據Z參數性質，可得其中，z21和z22為網絡的Z參數，Z0為輸出端口所接阻抗，本試驗中Z0其實是監測設備的輸入阻抗，其值為50Ω。I2和U2的關系為根據式(5)和(6)，可以解得根據Z參數與S參數的等效關系，可得其中S′11和S′21均為EUT等效的2端口網絡S參數。通過式(8)可將EUT輸出端電壓換算為IEUT。驗證試驗按照圖2所示配置開展，輔助設備為75Ω負載，互聯線纜是長為1.7m的同軸線，EUT為某型限幅器。利用VNA(矢量網絡分析儀)分別測量整個受試系統和EUT的S參數。試驗分為連續波和電磁脈沖兩種情況，對于連續波情況，將VNA的1#端口連接耦合裝置的注入端口，各頻點下1#端口的輸出功率均為0dBm，VNA的2#端連接監測端口。對于電磁脈沖情況，注入端口連接方波源，監測端口連接示波器。需要說明的是，限幅器為非線性器件，若輸入端口電壓過高，其輸出電壓會被限幅，此時輸入輸出電壓間為非線性關系。上述方法需要獲知ΓEUT，而在非線性響應情況下ΓEUT為變量，因此，為保證試驗結果的準確性，限幅器輸入端電壓應較小，使得試驗過程中限幅器工作在線性區。連續波和電磁脈沖情況下，兩種方法所得IEUT如圖3a-3b所示?？梢钥闯?，圖中兩種方法所得IEUT間誤差均很小，證明了利用監測端電壓獲取EUT輸入端口電流是可行的。需要說明的是，圖3a中波形在30MHz附近有一個峰值點，這是因為在該頻點限幅器輸入阻抗有極小值，導致在同樣的功率下IEUT變大。由于圖3a中頻率高于400MHz時IEUT仍有較高的準確性，因而證明了提出的試驗方法在400MHz以上是可行的。此外，圖3b中方波的上升沿小于1ns，這說明該方波400MHz以上的頻譜成分不可忽略，由于圖中兩種情況所得電流波形有良好的一致性，因此進一步說明了400MHz以上本試驗方法的準確性。當被測試件EUT工作在非線性區時，通過以下方法進行測試：對于EUT響應為非線性的情況，式(4)中ΓEUT可能是變化的，采用該式給出的方法獲取IEUT似乎并不可行。實際的電磁敏感度試驗中，EUT表現出非線性是普遍的，因此需要在非線性情況下對所述方法進行改進。由于IEUT為EUT輸入端口電流，其值必然會受到EUT特性影響。為避免這一問題，試驗時可將EUT輸入端口的入射波電流作為判斷是否出現效應的參量，由于未經EUT反射的與EUT特性無關，因而可避免以IEUT作為判斷參量時存在的問題。而且，通過同樣可以準確獲知EUT的抗干擾能力。下面分析獲取的方法。在輔助設備端口匹配或者反射可忽略的情況下，可得三端口網絡的S22參數為0，又因為耦合裝置的輸出端口和監測端口是隔離的，所以三端口網絡的S32參數近似為0，此時式(4)可簡化為而與IEUT的關系為需要說明的是，由于ΓEUT為電壓反射系數，所以上式括號中ΓEUT的系數為負。由式(9)和(10)可得上式說明，與EUT特性無關，可由Um計算得到。需要注意的是，式(11)成立的條件是輔助設備端反射可忽略，否則會導致試驗誤差增大。對于電磁脈沖情況，同樣可以根據監測端電壓波形um(t)獲取入射波電流波形即其中開展方波注入試驗，驗證上述方法的正確性。具體配置如圖2所示，仍選用限幅器作為EUT，只是輔助設備端換接50Ω匹配負載。通過增大方波脈沖幅值，使限幅器在試驗時工作在明顯的限幅狀態，代表其響應表現出了顯著的非線性。首先測試耦合裝置監測端電壓，通過式(12)計算出之后，為能夠直接測量到將EUT直接改接為示波器，即EUT換為50Ω匹配負載，此時示波器所得電壓波形uEUT(t)與接限幅器時的入射波電壓波形一致，進而可得到真實的入射波電流為比較兩次得到的電流波形和結果如圖4所示?？梢钥闯?，兩種情況下所得入射波電流波形間有良好的一致性，證明了所述試驗方法對被測試件EUT工作在非線性情況的可行性。本試驗方法的優勢在于不必關心試驗時EUT特性是否發生變化，只需通過測試得到的入射波電流就可以判斷EUT是否出現干擾或損傷效應。相比之下，以IEUT為判斷參量時，需要準確獲知EUT特性，但這在很多情況下是難以實現的。因此，本方法具有一定的優勢，更便于工程應用。下面結合測試的實例，對試驗方法的應用進行具體說明。本方法適合于測試微波系統中電路的電磁敏感性，例如，低噪聲放大器(LNA)是射頻前端中的敏感器件，確定其電磁敏感性十分必要。由于從輸入端口進入的干擾信號是LNA干擾的重要來源，因此可采用注入的方式確定其電磁敏感度。當強電磁脈沖注入時，LNA會產生增益壓制效應，具體表現為當從LNA輸入端口進入的電磁脈沖信號幅值達到一定數值后，LNA增益開始下降，隨著干擾信號的增大，增益逐漸減小直至為0。而電磁脈沖作用完之后，LNA的增益仍需要一段時間才能恢復到正常水平。在一定的幅值范圍內，脈沖峰值電壓越高，對應LNA的增益恢復時間越長。由于增益被壓制，正常工作信號無法得到放大，這一效應會導致一段時間內正常工作信號無法被正常接收。出現上述效應是因為LNA內部的晶體管在強脈沖注入下會出現過飽和效應，導致其不能工作在放大狀態。研究表明，恢復時間的長短與LNA外圍電路參數有關。使用如圖5所示的系統，對LNA開展方波脈沖注入試驗，具體的，所述系統包括耦合裝置，信號源的輸入端經40dB衰減器后與所述耦合裝置的輸入端口連接，干擾信號注入源經干擾信號衰減器后與所述耦合裝置的注入端口連接，耦合裝置的輸出端口與被測試件EUT的輸入端連接，所述被測試件EUT的輸出端經20dB衰減器后與示波器的一個信號輸入端連接，所述耦合裝置的監測端口與示波器的另一個輸入端連接。需要指出的是，所述干擾信號注入源可以為方波源或連續波源；所述被測試件EUT可以為低噪聲放大器。連續波信號源連接耦合裝置的輸入端口(1#)，用于向LNA提供正常工作信號，方波源連接耦合裝置的注入端口(4#)，用于向LNA注入干擾信號。方波源輸出正脈沖，脈沖幅值由小逐漸增大，觀察LNA效應。當注入端口的方波峰值為6V時，得到LNA的輸出響應如圖6所示。從圖6中可以看出，LNA響應出現了明顯的壓制效應，正常工作信號在一段時間內被完全壓制，之后逐漸恢復到原有幅值水平。工作信號從被壓制到完全恢復正常所用時間定義為總壓制時間，其中工作信號被完全壓制的時間定義為完全壓制時間。圖6中波形的完全壓制時間為11.65us。由本節提出的試驗方法知，通過此時的監測端電壓，并根據式(12)，可以得到LNA輸入端口的入射波電流值。通過計算，此時入射波電流信號如圖7所示，其峰值為35.86mA。若實際工程中以完全壓制時間等于t作為干擾門限，根據上述方法就可以得到對應的入射波電流值，該值可以為進一步的電磁兼容設計提供參考。