一种自适应多制式的射频传导与辐射协同抗扰度测试方法及装置与流程

本发明属于电磁兼容测试，具体涉及一种自适应多制式的射频传导与辐射协同抗扰度测试方法及装置。

背景技术：

1、随着电子信息系统的复杂度不断提升，汽车电子、航空航天、工业控制、轨道交通等领域的电子设备工作电磁环境日益复杂，射频电磁场抗扰度作为衡量设备电磁可靠性的指标，其测试方法的覆盖性、准确性与工况真实性直接决定了设备的环境适应性评估结果。

2、当前行业内主流的射频抗扰度测试技术分为传导注入与自由场辐射两条技术路线，二者分别适配不同的频段范围与测试场景。

3、其一为传导注入测试技术，其中以大电流注入（bci）法应用最为广泛，该方法通过磁耦合式耦合钳将射频骚扰信号以共模电流的形式耦合到被测设备的互连电缆上，模拟经由线缆传导进入设备的电磁骚扰。该技术在数百千赫兹至数百兆赫兹的低频段内具备耦合效率高、电流控制精度高、测试重复性好的优势，已被纳入iso 11452-4等国际主流测试标准，是车载零部件等低频段抗扰度测试的主流方案。然而受耦合钳自身寄生参数与线缆共模阻抗特性的限制，随着测试频率升高，耦合钳的传输损耗显著增大，端口阻抗失配程度加剧，导致能量耦合效率呈指数级衰减，难以在高频段达到标准规定的测试电流等级；同时不同被测设备的端口阻抗差异较大，进一步放大了高频段的测试误差，因此传导注入法存在明确的频段上限，无法覆盖高频段测试需求。

4、其二为自由场辐射测试技术，该方法在电波暗室内通过宽带发射天线向被测设备所在区域辐射均匀电磁场，模拟空间传播的电磁骚扰对设备的照射作用。该技术在数百兆赫兹至吉赫兹的高频段内具备场覆盖范围广、场均匀性稳定的优势，符合iso 11452-2等标准要求，是高频段整机与零部件抗扰度测试的标准方案。但在低频段范围内，受天线电尺寸与电磁波波长的物理限制，发射天线的辐射效率极低，若要达到标准规定的场强等级，需要配置功率达数千瓦的大功率射频放大器，测试系统硬件成本大幅提升；同时低频段电磁波在暗室内易形成驻波，测试区域的场均匀性难以保证，测试结果离散度大，部分低频段甚至无法通过辐射法完成合规测试，因此自由场辐射法存在明显的频段下限限制。

5、现有测试体系中，传导测试系统与辐射测试系统相互独立，全频段抗扰度测试需分别搭建两套测试平台、分频段人工切换完成，存在多方面难以解决的技术缺陷。首先是频段覆盖存在断层，在传导模式上限与辐射模式下限的交叠频段内，两种测试方法的耦合效率与测试精度均处于较低水平，形成测试能力盲区，无法实现从低频到高频的连续无缝测试。其次是测试工况与实际工况偏差较大，实际电磁环境中，电子设备往往同时受到空间辐射骚扰与线缆传导骚扰的复合作用，而现有单一测试模式仅能模拟单一路径的骚扰注入，无法复现复合电磁环境，导致测试结果难以真实反映设备的实际抗扰性能，工程参考价值受限。第三是测试结果缺乏统一基准，传导模式以共模电流为度量指标，辐射模式以电场强度为度量指标，二者能量耦合机制完全不同，缺乏统一的能量等效基准，不同模式下的测试结果不具备横向可比性，无法形成连续的全频段抗扰度评估曲线。第四是测试自动化程度低、效率差，全频段测试需人工完成系统搭建、模式切换、参数校准等操作，测试周期长，人为操作引入的系统误差大，测试重复性与一致性难以保障。

技术实现思路

1、为此，本发明提供一种自适应多制式的射频传导与辐射协同抗扰度测试方法及装置，解决单一传导、辐射测试频段覆盖存在断层，能量基准不统一、无法模拟传导与辐射共存的复合电磁环境的问题，克服人工切换模式效率低、测试结果可比性差的缺陷。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种自适应多制式的射频传导与辐射协同抗扰度测试方法，包括以下步骤：

3、s1、前置参数采集：通过矢量网络分析仪对被测设备及耦合钳进行全频段扫频测量，获取被测设备的共模反射系数与耦合钳的正向传输系数，计算得到被测设备全频段的共模阻抗特性；

4、s2、自适应模式决策：基于获取的所述共模阻抗特性，分别计算每个测试频点下传导测试模式与辐射测试模式的综合性能指标，结合预设有效阈值判决每个测试频点对应的测试模式，生成包括纯传导模式、纯辐射模式、传导-辐射混合协同模式的全频段测试模式序列；

5、s3、能量等效补偿：根据生成的所述测试模式序列，建立对应测试模式的能量耦合数学模型，分别计算每个测试频点下对应测试模式的耦合效率，以被测设备端口等效骚扰功率为统一基准，反向计算得到各测试模式下的功放注入功率补偿值；

6、s4、自动化协同测试：依据计算得到的所述注入功率补偿值与所述测试模式序列逐频点执行抗扰度测试；纯传导模式下通过bci耦合钳向被测设备线缆注入传导骚扰，纯辐射模式下通过发射天线向被测设备所在空间辐射电磁场，传导-辐射混合协同模式下同步控制传导与辐射两路骚扰信号协同注入；

7、s5、状态监测与结果输出：测试过程中实时监测所述被测设备的工作状态，记录抗扰度失效频点与对应骚扰等级，基于所述等效骚扰功率基准输出全频段抗扰度测试结果。

8、作为自适应多制式的射频传导与辐射协同抗扰度测试方法优选方案，步骤s1中，所述共模阻抗特性的计算方式为：

9、以测试系统的特性阻抗为基准，结合被测设备共模端口的反射系数进行换算，具体为系统特性阻抗乘以一加反射系数的和值，再除以一减反射系数的差值，最终得到被测设备的共模输入阻抗；

10、所述共模输入阻抗分解为电阻分量与电抗分量，所述电阻分量代表被测设备对共模骚扰能量的耗散能力，所述电抗分量反映端口的阻抗匹配特性。

11、作为自适应多制式的射频传导与辐射协同抗扰度测试方法优选方案，步骤s2中，所述综合性能指标采用多维度加权评估模型计算得到，计算方式为：

12、分别将对应测试模式的能量耦合效率、测试均匀性系数、系统稳定性系数乘以对应的权重系数后求和，得到该测试模式的综合性能指标值；其中所述能量耦合效率代表单位注入功率下被测设备获得的骚扰能量占比，所述测试均匀性系数在传导模式下表征电缆沿线的电流分布均匀度、在辐射模式下表征被测区域的场强均匀度，所述系统稳定性系数反映测试结果的可重复性与抗干扰能力，所述权重系数根据测试标准要求配置。

13、作为自适应多制式的射频传导与辐射协同抗扰度测试方法优选方案，步骤s2中，结合预设有效阈值判决每个测试频点对应的测试模式的具体规则为：

14、当传导模式综合性能高于预设有效阈值且优于辐射模式综合性能时，判定该频点采用纯bci传导测试模式；

15、当辐射模式综合性能高于预设有效阈值且优于传导模式综合性能时，判定该频点采用纯自由场辐射测试模式；

16、当两种单一模式的综合性能均低于有效阈值，双模式协同注入满足目标测试等级要求时，判定该频点采用传导-辐射混合协同测试模式。

17、作为自适应多制式的射频传导与辐射协同抗扰度测试方法优选方案，步骤s3中，所述传导测试模式的能量耦合数学模型包括传导等效骚扰功率计算与传导耦合效率计算两部分；

18、被测设备端口获得的传导等效骚扰功率，由耦合到电缆上的共模电流有效值的平方乘以被测设备共模阻抗的电阻分量计算得到；

19、结合二端口网络散射参数功率传输理论，耦合钳传输损耗与端口阻抗失配效应，传导耦合效率的计算方式为：

20、取耦合钳正向传输系数的平方值，乘以四倍的系统特性阻抗与被测设备电阻分量的乘积，除以被测设备共模输入阻抗与系统特性阻抗之和的模值平方；

21、纯传导模式下，功放注入功率补偿值为目标等效骚扰功率与传导耦合效率的比值。

22、作为自适应多制式的射频传导与辐射协同抗扰度测试方法优选方案，步骤s3中，所述辐射测试模式的能量耦合数学模型基于天线接收理论与自由空间远场辐射理论构建，包括电缆感应开路电压计算、辐射等效骚扰功率计算、远场场强计算与辐射耦合效率计算四部分；

23、互连电缆上感应的共模开路电压，由被测设备所在区域的入射电场强度有效值乘以被测设备互连电缆的等效有效接收长度计算得到；

24、基于戴维南等效电路，被测设备作为接收天线的负载，端口获得的辐射等效骚扰功率的计算方式为：

25、取共模开路电压模值的平方，乘以被测设备共模阻抗的电阻分量，再除以电缆等效接收天线的共模输出阻抗与被测设备共模输入阻抗之和的模值平方；

26、在工程抗扰度测试中采用最坏情况等效假设，即电缆等效阻抗与被测设备阻抗满足共轭匹配条件时，被测设备获得的骚扰功率达到最大值，此时辐射等效骚扰功率简化为共模开路电压模值的平方除以四倍的被测设备电阻分量，等效为入射电场强度有效值的平方乘以等效有效接收长度的平方，除以四倍的被测设备电阻分量；

27、自由空间远场条件下，发射天线在测试距离处产生的电场强度，由三十倍的辐射支路注入功率与发射天线增益倍数乘积的平方根，除以发射天线与被测设备之间的测试距离计算得到；

28、联立上述计算关系得到辐射耦合效率，具体计算方式为：

29、三十倍的发射天线增益倍数与等效有效接收长度平方的乘积，除以四倍的测试距离平方与被测设备电阻分量的乘积；纯辐射模式下，功放注入功率补偿值为目标等效骚扰功率与辐射耦合效率的比值。

30、作为自适应多制式的射频传导与辐射协同抗扰度测试方法优选方案，步骤s4中，所述传导-辐射混合协同模式采用同频同相协同注入方式，被测设备端口获得的总等效骚扰功率由三部分相加得到：分别为传导支路产生的等效骚扰功率、辐射支路产生的等效骚扰功率，以及两倍的传导支路等效骚扰功率与辐射支路等效骚扰功率乘积的平方根；该计算关系对应同频同相条件下骚扰电压同相叠加的最坏工况，通过同步控制两路信号源的频率与相位实现两路骚扰信号的同相叠加。

31、本发明还提供一种自适应多制式的射频传导与辐射协同抗扰度测试装置，包括：

32、前置参数采集模块，用于通过矢量网络分析仪对被测设备及耦合钳进行全频段扫频测量，获取被测设备的共模反射系数与耦合钳的正向传输系数，计算得到被测设备全频段的共模阻抗特性；

33、自适应模式决策模块，用于基于获取的所述共模阻抗特性，分别计算每个测试频点下传导测试模式与辐射测试模式的综合性能指标，结合预设有效阈值判决每个测试频点对应的测试模式，生成包括纯传导模式、纯辐射模式、传导-辐射混合协同模式的全频段测试模式序列；

34、能量等效补偿模块，用于根据生成的所述测试模式序列，建立对应测试模式的能量耦合数学模型，分别计算每个测试频点下对应测试模式的耦合效率，以被测设备端口等效骚扰功率为统一基准，反向计算得到各测试模式下的功放注入功率补偿值；

35、自动化协同测试模块，用于依据计算得到的所述注入功率补偿值与所述测试模式序列逐频点执行抗扰度测试；纯传导模式下通过bci耦合钳向被测设备线缆注入传导骚扰，纯辐射模式下通过发射天线向被测设备所在空间辐射电磁场，传导-辐射混合协同模式下同步控制传导与辐射两路骚扰信号协同注入；

36、状态监测与结果输出模块，用于测试过程中实时监测所述被测设备的工作状态，记录抗扰度失效频点与对应骚扰等级，基于所述等效骚扰功率基准输出全频段抗扰度测试结果。

37、作为自适应多制式的射频传导与辐射协同抗扰度测试装置优选方案，所述前置参数采集模块中，所述共模阻抗特性的计算方式为：

38、以测试系统的特性阻抗为基准，结合被测设备共模端口的反射系数进行换算，具体为系统特性阻抗乘以一加反射系数的和值，再除以一减反射系数的差值，最终得到被测设备的共模输入阻抗；

39、所述共模输入阻抗分解为电阻分量与电抗分量，所述电阻分量代表被测设备对共模骚扰能量的耗散能力，所述电抗分量反映端口的阻抗匹配特性。

40、作为自适应多制式的射频传导与辐射协同抗扰度测试装置优选方案，所述自适应模式决策模块中，所述综合性能指标采用多维度加权评估模型计算得到，计算方式为：

41、分别将对应测试模式的能量耦合效率、测试均匀性系数、系统稳定性系数乘以对应的权重系数后求和，得到该测试模式的综合性能指标值；其中所述能量耦合效率代表单位注入功率下被测设备获得的骚扰能量占比，所述测试均匀性系数在传导模式下表征电缆沿线的电流分布均匀度、在辐射模式下表征被测区域的场强均匀度，所述系统稳定性系数反映测试结果的可重复性与抗干扰能力，所述权重系数根据测试标准要求配置。

42、作为自适应多制式的射频传导与辐射协同抗扰度测试装置优选方案，所述自适应模式决策模块中，结合预设有效阈值判决每个测试频点对应的测试模式的具体规则为：

43、当传导模式综合性能高于预设有效阈值且优于辐射模式综合性能时，判定该频点采用纯bci传导测试模式；

44、当辐射模式综合性能高于预设有效阈值且优于传导模式综合性能时，判定该频点采用纯自由场辐射测试模式；

45、当两种单一模式的综合性能均低于有效阈值，双模式协同注入满足目标测试等级要求时，判定该频点采用传导-辐射混合协同测试模式。

46、作为自适应多制式的射频传导与辐射协同抗扰度测试装置优选方案，所述能量等效补偿模块中，所述传导测试模式的能量耦合数学模型包括传导等效骚扰功率计算与传导耦合效率计算两部分；

47、被测设备端口获得的传导等效骚扰功率，由耦合到电缆上的共模电流有效值的平方乘以被测设备共模阻抗的电阻分量计算得到；

48、结合二端口网络散射参数功率传输理论，耦合钳传输损耗与端口阻抗失配效应，传导耦合效率的计算方式为：

49、取耦合钳正向传输系数的平方值，乘以四倍的系统特性阻抗与被测设备电阻分量的乘积，除以被测设备共模输入阻抗与系统特性阻抗之和的模值平方；

50、纯传导模式下，功放注入功率补偿值为目标等效骚扰功率与传导耦合效率的比值。

51、作为自适应多制式的射频传导与辐射协同抗扰度测试装置优选方案，所述能量等效补偿模块中，所述辐射测试模式的能量耦合数学模型基于天线接收理论与自由空间远场辐射理论构建，包括电缆感应开路电压计算、辐射等效骚扰功率计算、远场场强计算与辐射耦合效率计算四部分；

52、互连电缆上感应的共模开路电压，由被测设备所在区域的入射电场强度有效值乘以被测设备互连电缆的等效有效接收长度计算得到；

53、基于戴维南等效电路，被测设备作为接收天线的负载，端口获得的辐射等效骚扰功率的计算方式为：

54、取共模开路电压模值的平方，乘以被测设备共模阻抗的电阻分量，再除以电缆等效接收天线的共模输出阻抗与被测设备共模输入阻抗之和的模值平方；

55、在工程抗扰度测试中采用最坏情况等效假设，即电缆等效阻抗与被测设备阻抗满足共轭匹配条件时，被测设备获得的骚扰功率达到最大值，此时辐射等效骚扰功率简化为共模开路电压模值的平方除以四倍的被测设备电阻分量，等效为入射电场强度有效值的平方乘以等效有效接收长度的平方，除以四倍的被测设备电阻分量；

56、自由空间远场条件下，发射天线在测试距离处产生的电场强度，由三十倍的辐射支路注入功率与发射天线增益倍数乘积的平方根，除以发射天线与被测设备之间的测试距离计算得到；

57、联立上述计算关系得到辐射耦合效率，具体计算方式为：

58、三十倍的发射天线增益倍数与等效有效接收长度平方的乘积，除以四倍的测试距离平方与被测设备电阻分量的乘积；纯辐射模式下，功放注入功率补偿值为目标等效骚扰功率与辐射耦合效率的比值。

59、作为自适应多制式的射频传导与辐射协同抗扰度测试装置优选方案，所述自动化协同测试模块中，所述传导-辐射混合协同模式采用同频同相协同注入方式，被测设备端口获得的总等效骚扰功率由三部分相加得到：分别为传导支路产生的等效骚扰功率、辐射支路产生的等效骚扰功率，以及两倍的传导支路等效骚扰功率与辐射支路等效骚扰功率乘积的平方根；该计算关系对应同频同相条件下骚扰电压同相叠加的最坏工况，通过同步控制两路信号源的频率与相位实现两路骚扰信号的同相叠加。

60、本发明具有如下优点：

61、本发明通过自适应模式切换机制，低频段采用传导注入、高频段采用自由场辐射、交叠频段采用双模式协同注入，彻底解决了低频段辐射场强建立困难、高频段传导耦合效率低下的行业痛点，可实现宽频段连续测试，填补了传统单一模式的测试能力盲区。

62、本发明支持传导与辐射双模式协同注入，能够模拟实际工况中空间辐射骚扰与线缆传导骚扰共存的复合电磁环境，突破了单一测试模式的场景局限，测试结果可更真实地反映设备在复杂电磁环境下的抗扰性能。

63、本发明基于实测阻抗特性建立传导-辐射能量等效耦合模型，以被测设备端口等效骚扰功率为统一基准，通过算法补偿不同模式的能量耦合差异，消除了模式切换带来的基准偏差，全频段测试结果平滑连续、具备横向可比性，有效降低系统误差。

64、本发明覆盖前置参数采集、模式规划、功率校准、测试执行与报告生成全环节，无需人工切换测试系统与调整参数，测试周期较传统分系统测试显著缩短，同时避免了人工操作引入的接线与参数误差，测试重复性与可靠性更高。

65、本发明混合协同模式下通过两路骚扰能量同相叠加，可在现有功放功率配置下达到更高的测试等级，降低了对单路大功率射频功放的配置要求，尤其在交叠频段可有效减少功放功率冗余，节约测试系统的硬件投入成本。