引言
由于大型電子設(shè)備在進行電磁兼容(EMC)性考核時，很難進入屏蔽室進行而只能在室外開闊場地進行，從而難以控制測試時的環(huán)境背景噪聲電平，使測試結(jié)果出現(xiàn)很大誤差。如何區(qū)分背景噪聲信號，鑒別出受試設(shè)備發(fā)出的被測信號一直是EMC測試中的一個難題。在各種不同的背景信號中，同頻干擾與被測信號無法通過頻譜進行分離，本文的目的就是想用空間分離技術(shù)，通過適當?shù)臏y試方法，對于任意方向的同頻干擾信號進行有效的擬制，從而得到有效的測試結(jié)果。
消除同頻干擾的基本方法
合成場分析
在圖1所示的測試環(huán)境中，設(shè)待測信號與干擾信號均為線極化(在工程實際中，這樣的假設(shè)是合理的)，待測信號電場強度為：
干擾信號電場強度
待測電場為向線極化，沿向傳播，式(1)中Epm是被測信號源處的電場強度值;rp是被測信號到測試點的距離;wp是被測信號的初始相位;wp是被測信號角頻率。
圖1 電磁兼容性測試環(huán)境示意圖
式中,Ejm是干擾信號源處的電場強度值，Ejx，Ejy，Ejz分別是，方向的分量;rj是干擾信號到測試點的距離;是干擾信號的初始相位;是干擾信號角頻率。
根據(jù)矢量疊加原理，則測試點處的合成電場強度
圖2 矢量疊加示意圖
測試天線使用線極化天線，將極化方向與被測信號一樣調(diào)整到方向，則合成信號中的，向分量因為與測試天線極化方向正交被濾除，于是進入頻譜儀的信號為:
因此頻譜儀測得電場強度只包含與被測信號極化方向相同的干擾信號，而與被測信號極化方向正交的干擾信號對測量結(jié)果沒有影響。于是在暗室模擬的干擾源的極化方向可與被測信號極化取為一致，設(shè)到達測試點的干擾信號為
由式(8)可以看出，當干擾信號與被測信號頻率相同，而且距測試點的距離相當，電場強度值也相當時，在測試點得到的合成電場強度中無法鑒別出被測信號的電場強度。
因此在存在背景干擾的環(huán)境中進行大型電子設(shè)備的電磁兼容性測試，要解決的關(guān)鍵問題就是如何有效的減小背景干擾的強度，在測試點實現(xiàn)最大的信干比。由式(8)得，如果測試點處的信干比大于15dB以上時，即干擾信號的幅度遠小于被測信號幅度時，疊加后的合成信號幅度可近似等于。
自適應(yīng)天線消除噪聲
陣列波束形成
將一組以某種形式作空間配置的天線單元連接到一個或多個接收機(或發(fā)射機)，就形成一個陣列。實際上，可以利用在不同(空間)方向上入射(或發(fā)射)的射頻平面波與陣列天線中各個陣元處所具有的不同波程差延遲，并將各陣元射頻信號分別作適當?shù)难舆t補償后相加，以形成天線陣列的波束，其中被補償最好的電磁波入射(或發(fā)射)方向?qū)⑹顷嚵性鲆孀罡叩姆较颍搓嚵胁ㄊ姆较颉?br /> 圖3為一個由七個天線單元組成的“線陣”。在這個線陣中，七個天線單元(均為無方向的全向天線單元)被排列成一條直線(也可以組成“面陣”，此時所有天線單元將布置在一個平面內(nèi))。圖中各相鄰天線單元之間的間隔均相同，且相距為，這里即為陣列工作的中心頻率對應(yīng)的波長。在陣列接收入射平面電磁波時，接收信號經(jīng)各個天線單元的延遲補償后相加輸出。
在圖3中，假定所采用的測試信號為，該測試信號的平面電磁波入射方向為，且各個全向陣元均具有單位增益，則在相鄰天線單元間的波程差相位滯后(或超前)為：
(a)陣列結(jié)構(gòu) (b)天線陣E面方向圖
圖3 線形陣列的波束形成
而用于各個天線單元的補償時間延遲(單位為秒)所引起相位滯后為，于是可得陣列輸出信號為
式中，L為天線單元數(shù)。
由式(10)可知，陣列的方向圖函數(shù)的振幅為
且當時，式(11)的值達到最大，即為方向圖振幅的最大峰值點。而通過改變相鄰單元間的時間延遲就可以改變方向圖波束峰值的指向。
陣列波束方向圖可以分布在的全部角度范圍之內(nèi)，由于在圖3(a)所示的線陣結(jié)構(gòu)中，陣面(由豎虛線表示)左、右兩部分角度域是關(guān)于該陣面對稱的，因而，如圖3(a)所示的貞烈波束方向圖也是關(guān)于陣面對稱分布的。圖中波束方向是在的角度范圍里，此時用于延遲補償?shù)闹祽?yīng)為正數(shù)(即相位滯后);而若要使波束方向被調(diào)整到的范圍內(nèi)時，就所需延遲補償?shù)闹祽?yīng)為負數(shù)(即相位超前)，當然這是物理不可實現(xiàn)的。然而，對于單頻正弦波信號來說，可以用(其中為信號周期)代替這個負數(shù)的值，以達到波束方向調(diào)整的目的。
通常情況下，當陣列的各個相鄰天線單元之間的間距大于時，會產(chǎn)生所謂“柵瓣”現(xiàn)象，即在的全部角度范圍之內(nèi)，方向圖會出現(xiàn)兩次或兩次以上的重復。這樣，在陣列接收和檢測信號時，將會產(chǎn)生“空間模糊”，即陣列不能確定信號真實到達方向。
任意一種陣列的波束方向圖除了主波束以外，都存在有副瓣。而當空間同時存在目標回波信號和不同方向入射的干擾信號時，要求陣列能在目標方向產(chǎn)生主波束，而同時能在干擾方向形成方向圖零點。這樣，若再用如圖3(a)所示的陣列結(jié)構(gòu)就不能滿足實際需要了。圖4(a)表示的線陣結(jié)構(gòu)與圖3(a)的區(qū)別在于，將各個天線單元的延遲補償改換成正交兩路加權(quán)的調(diào)整方法。通過調(diào)整這些權(quán)值可以同時得到所需要的主波束方向與方向圖零深(增益極低)方向。對于單頻正弦波信號而言，由于各個陣元的延遲補償實際等效為乘一個復權(quán)系數(shù)，因而，每個陣元的同相信號與經(jīng)90°移相后的正交信號分別由權(quán)系數(shù)實部和虛部相乘后就可完成對波束方向圖的調(diào)整，且這種調(diào)整的自由度將增大。圖4(b)是調(diào)整以后的波束方向圖，它不僅將主波束對準目標方向，同時還在干擾到達方向形成了一個零深。
(a) 線陣結(jié)構(gòu) (b) 天線陣E面方向圖
圖4 采用加權(quán)系數(shù)的陣列波束形成
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