拓展低频带宽的电磁干扰近场扫描测量系统设计

论文摘要

为了减少电力电子设备的电磁辐射,近场扫描技术被广泛应用,它成为了电子产品进行电磁兼容预测试的常用手段。近年来,随着无线供电、开关电源、D类功放等高度集成化的低频电子设备的快速发展,提出了对低频电磁干扰源的测量需求,而对于这种需求,近场扫描技术还有一定的不足。目前的近场扫描系统为了在器件高度密集化的电路表面来精确定位干扰源,需要将系统中的近场探头部件进行小型化设计,来保证系统具有高的空间分辨率。然而,高的空间分辨率与近场探头的低频带宽以及灵敏度之间是矛盾的。因此,现有的近场扫描系统在对超出了传统电磁兼容测试频率下限的低频干扰源进行测量以及定位时,还存在着低频带宽不足、灵敏度低等问题,这些问题给近场扫描系统对低频辐射源的测量带来了很大困难。本论文针对低频应用下的电磁干扰近场扫描测量需求,以及传统的电/磁近场探头低频带宽不足、灵敏度低等问题,在研究分析传统近场探头等效电路模型,和确定了影响探头低频带宽主要因素的基础上,提出了可拓展传统近场探头低频带宽的新方法,并利用此方法设计了新型低频近场探头,最后结合新设计的低频近场探头来研制了一套低频电磁干扰二维近场扫描测量系统。本文具体开展的工作主要包括:1.详细分析了传统近场探头的结构以及工作原理,提出了传统电场探头和磁场探头的等效电路模型,并根据模型推导了近场探头下限截止频率公式,最后通过分析公式确定了近场探头的负载阻抗和自身的分布参数是影响其低频带宽的主要因素。2.提出了用于拓展近场探头低频带宽的新方法。在确定了影响探头低频带宽主要因素的基础上,对传统近场探头的下限截止频率进行了分析,并提出了在不牺牲探头空间分辨率的前提下,将电场探头与高输入阻抗前置放大器,以及磁场探头与低输入阻抗前置放大器进行匹配的新方法来拓展探头的低频带宽和提高探头的灵敏度。3.基于新方法,设计了新型低频近场探头,和开展了低频近场探头的标校和频率响应实验,并将实验结果与同尺寸传统近场探头进行对比,得到了:(1)1cm传统环形磁场探头的原始下限截止频率为300MHz,而经延拓后的下限截止频率为200kHz,带宽向下拓展了1500倍;(2)6mm传统短尖状电场探头的原始下限截止频率为300MHz,延拓后的下限截止频率为30Hz,带宽向下拓展了10~7倍。因此,从实验结果看,新设计的低频近场探头同时满足了宽低频带宽和高空间分辨率。4.设计了低频电磁干扰二维近场扫描测量系统,并利用该系统来针对工作在13kHz下的直流电机PWM驱动板、303kHz下的D类数字音频放大板以及205kHz下的无线充电发射板等低频应用样例进行了测试,结果表明:该系统可以精确获得低频辐射源的场强分布信息,并快速定位干扰源。通过本文的研究,得到了宽低频带宽的新型低频近场探头,其低频下灵敏度显著提高,并设计了低频电磁干扰二维近场扫描测量系统。这种低频电磁干扰测量系统,可以满足直流电机PWM驱动器、无线电力传输系统以及D类功放等众多低频段辐射源的场强分布特性分析和定位等需求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 符号对照表
• 缩略语对照表
• 第一章 绪论
•   1.1 研究背景及意义
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 近场扫描技术发展现状
•     1.2.2 近场探头研究现状
•   1.3 研究内容
•   1.4 文章结构安排
• 第二章 电磁辐射理论与近场扫描原理
•   2.1 电磁辐射基本理论基础
•     2.1.1 电磁辐射概述
•     2.1.2 电偶极子辐射模型
•     2.1.3 磁偶极子辐射模型
•     2.1.4 场区划分
•   2.2 近场扫描原理
•     2.2.1 近场扫描技术简介
•     2.2.2 近场探头工作原理及其等效电路模型
•     2.2.3 近场扫描标准
•   2.3 本章小结
• 第三章 拓展低频带宽的近场探头研究与设计
•   3.1 传统近场探头下限截止频率分析
•     3.1.1 磁场探头下限截止频率分析
•     3.1.2 电场探头下限截止频率分析
•   3.2 拓展低频带宽的近场探头设计
•     3.2.1 拓展低频带宽的磁场探头设计
•     3.2.2 拓展低频带宽的电场探头设计
•   3.3 近场探头校准系统设计
•     3.3.1 微带线理论基础
•     3.3.2 校准系统设计
•     3.3.3 校准流程及其结果分析
•   3.4 拓展低频带宽的近场探头性能测试
•     3.4.1 频率响应测试
•   3.5 本章小结
• 第四章 低频电磁干扰近场扫描系统设计与应用
•   4.1 系统组成概述
•   4.2 二维扫描运动平台设计
•     4.2.1 步进电机控制器
•     4.2.2 步进电机驱动器
•     4.2.3 二维机械传动结构
•   4.3 低频应用案例以及结果分析
•     4.3.1 低频电场辐射测试案例
•     4.3.2 低频磁场辐射测试案例
•   4.4 本章小结
• 第五章 总结与展望
•   5.1 总结
•   5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 李瑶

导师: 谢楷

关键词: 近场扫描,低频电磁干扰,低频带宽,高输入阻抗前置放大器,低输入阻抗前置放大器,低频近场探头

来源: 西安电子科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 物理学

单位: 西安电子科技大学

分类号: O441

DOI: 10.27389/d.cnki.gxadu.2019.001713

总页数: 92

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