專利名稱：短波天線輻射場強(qiáng)模型預(yù)測測試系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對大功率的短波發(fā)射天線裝載于復(fù)雜平臺后產(chǎn)生的輻射場強(qiáng)進(jìn)行模型預(yù)測的測試系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
大功率短波發(fā)射天線在復(fù)雜平臺上工作時產(chǎn)生的輻射場強(qiáng)分布一直是復(fù)雜平臺總體設(shè)計最為關(guān)注的問題，它直接影響人員、電引爆裝置、燃油等的使用安全性能。目前，對大功率的短波發(fā)射天線裝載于復(fù)雜平臺后產(chǎn)生的輻射場強(qiáng)的預(yù)測方法，主要是通過電磁場計算軟件的仿真計算，或?qū)嶋H天線本身產(chǎn)生的輻射場強(qiáng)進(jìn)行測量。由于復(fù)雜的平臺如艦船、飛機(jī)的結(jié)構(gòu)及邊界條件復(fù)雜，利用電磁場計算軟件計算時，受到計算方法及計算模型的準(zhǔn)確度以及計算機(jī)容量的限制，計算結(jié)果與實際情況誤差較大。而對實際天線產(chǎn)生的輻射場強(qiáng)進(jìn)行測量這種方法，一方面，難以完全模擬天線安裝后復(fù)雜平臺的結(jié)構(gòu)環(huán)境，而短波發(fā)射天線產(chǎn)生的輻射場分布又受結(jié)構(gòu)環(huán)境的影響很大，因此由于結(jié)構(gòu)環(huán)境等邊界條件的差異其測量結(jié)果仍然不能準(zhǔn)確反映短波天線安裝在實際平臺后產(chǎn)生的電磁場強(qiáng)分布；另一方面，測量實際天線產(chǎn)生的輻射場強(qiáng)，由于功率大，場強(qiáng)高，對測試人員的健康安全構(gòu)成威脅。當(dāng)平臺建好后再進(jìn)行實際測量，如果實測的短波輻射場強(qiáng)在關(guān)鍵部位超標(biāo)，就要修改建好的平臺，這將非常麻煩，需要耗費(fèi)大量的人力、時間和費(fèi)用。
為解決上述存在的問題，已提出一種對大功率短波發(fā)射天線裝載于復(fù)雜平臺后產(chǎn)生的輻射場強(qiáng)進(jìn)行模型預(yù)測的方法。該方法是在實驗室建立一個短波發(fā)射天線裝載于復(fù)雜平臺的縮比模型，通過測量短波天線模型在復(fù)雜平臺模型(包括邊界條件的模擬)上關(guān)鍵部位產(chǎn)生的模型場強(qiáng)，由系統(tǒng)的控制和數(shù)據(jù)處理計算機(jī)對測試數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后可得到實際短波發(fā)射天線在實際平臺的關(guān)鍵部位產(chǎn)生的輻射場強(qiáng)分布。由于這種方法與實際較為接近，因而可大大提高測試結(jié)果的準(zhǔn)確度和檢測效率。為了實施該方法，需要配置一個模型預(yù)測的測試系統(tǒng)，而現(xiàn)有技術(shù)中尚無這樣一個可適配的測試系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在不足而提供一種適于對大功率的短波發(fā)射天線裝載于復(fù)雜平臺后產(chǎn)生的輻射場強(qiáng)進(jìn)行模型預(yù)測的測試系統(tǒng)。
本發(fā)明為解決上述提出的問題所采用的技術(shù)方案為包括有射頻功率發(fā)射單元、場強(qiáng)數(shù)據(jù)采集單元和測試控制和數(shù)據(jù)處理單元三個部分，所述的射頻功率發(fā)射單元包括射頻網(wǎng)絡(luò)分析儀和射頻功率放大器，射頻功率放大器輸出口通過定向耦合器與發(fā)射天線模型相接，所述的場強(qiáng)數(shù)據(jù)采集單元為強(qiáng)場測試儀，所述的數(shù)據(jù)處理單元為裝有測試控制及數(shù)據(jù)采集處理軟件的計算機(jī)，射頻網(wǎng)絡(luò)分析儀和強(qiáng)場測試儀均與計算機(jī)相聯(lián)接。
本發(fā)明利用射頻網(wǎng)絡(luò)分析儀內(nèi)置的信號源作為系統(tǒng)的信號源，通過射頻輸入端口的功率測量功能監(jiān)測定向耦合器的輸入功率；利用射頻網(wǎng)絡(luò)分析儀的“S”參數(shù)測量功能，對系統(tǒng)各信號路徑的傳輸損耗和模型天線的反射系數(shù)進(jìn)行測量，從而準(zhǔn)確獲得模型天線的輻射功率；通過強(qiáng)場測試儀的場強(qiáng)測試傳感器，檢測出復(fù)雜平臺縮比模型各點(diǎn)的場強(qiáng)數(shù)據(jù)；利用“短波天線輻射場強(qiáng)模型預(yù)測方法”中提出的測量校準(zhǔn)和數(shù)據(jù)處理技術(shù)，通過計算機(jī)對模型測量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，從而獲得實際復(fù)雜平臺上短波天線的輻射場強(qiáng)分布特性。
本發(fā)明的有益效果是1、在實驗室條件下，對復(fù)雜平臺縮比模型采用較少的測量儀器構(gòu)成測試系統(tǒng)，經(jīng)過計算機(jī)控制測試系統(tǒng)進(jìn)行掃頻校準(zhǔn)、測量和數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理，能夠準(zhǔn)確、快捷地預(yù)測大功率短波發(fā)射天線布置在復(fù)雜平臺后，在關(guān)鍵部位產(chǎn)生的輻射場強(qiáng)；2、測試功率小，自動化程度高，使用方便，且對測試人員不構(gòu)成電磁安全性威脅。


圖1是本發(fā)明一個實施例的結(jié)構(gòu)框圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明的實施例。
本測試系統(tǒng)的組成包括射頻功率發(fā)射單元、場強(qiáng)數(shù)據(jù)采集單元和測試控制和數(shù)據(jù)處理單元三個部分。所述的射頻功率發(fā)射單元包括射頻網(wǎng)絡(luò)分析儀和射頻功率放大器，射頻網(wǎng)絡(luò)分析儀的輸出端接射頻功率放大器的輸入端，放大后的射頻信號經(jīng)射頻功率放大器輸出口通向定向耦合器，在定向耦合器輸出端通過隔離衰減器與發(fā)射天線模型2相聯(lián)接，定向耦合器的輸入耦合端通過保護(hù)衰減器與射頻網(wǎng)絡(luò)分析儀的接收端相接，其中射頻網(wǎng)絡(luò)分析儀的頻率范圍滿足試驗要求，自帶內(nèi)置信號源，其接收端口可進(jìn)行絕對功率測量，帶計算機(jī)控制和數(shù)據(jù)傳輸接口，射頻網(wǎng)絡(luò)分析儀除了信號輸出和功率監(jiān)測外，還用來對整個系統(tǒng)的路徑傳輸損耗和天線的反射系數(shù)進(jìn)行測量和校準(zhǔn)；射頻功率放大器的輸出功率20～50W，頻率范圍滿足試驗要求，可為40MHz～600MHz；定向耦合器頻率范圍滿足試驗要求，承受功率≥50W，耦合系數(shù)-20dB，端口隔離≥40dB；在定向耦合器的輸出端與發(fā)射天線模型之間增加一個隔離衰減器，可以減小反射信號對入射耦合和功率放大器的影響，隔離衰減器的衰減量3～5dB，承受功率≥50W，保護(hù)衰減器衰減量30dB，承受功率≥10W。所述的場強(qiáng)數(shù)據(jù)采集單元為強(qiáng)場測試儀，可采用光纖場強(qiáng)測量儀，其靈敏度小于1V/m，光纖場強(qiáng)測量儀包括場強(qiáng)測試傳感器1，場強(qiáng)測試傳感器直徑小于3cm，通過光纖3與測量儀其它部分相接，光纖場強(qiáng)測量儀帶計算機(jī)控制和數(shù)據(jù)傳輸接口，光纖場強(qiáng)測量儀的場強(qiáng)測試傳感器放置在復(fù)雜平臺的測試點(diǎn)，檢測所得的感應(yīng)信號通過光纖傳輸給測量儀的其它部分，采用光纖場強(qiáng)測量儀作為系統(tǒng)的模型場強(qiáng)測量設(shè)備，可以減小測試電纜對模型天線場分布的影響，提高測量準(zhǔn)確度。所述的數(shù)據(jù)處理單元為裝有測試控制及數(shù)據(jù)采集處理軟件的計算機(jī)，射頻網(wǎng)絡(luò)分析儀和強(qiáng)場測試儀均與計算機(jī)相聯(lián)接。各設(shè)備器件之間用低損耗同軸連接電纜相連，電纜阻抗50Ω，在測試頻率范圍內(nèi)損耗＜0.3dB/m。
本實施例的工作過程為射頻網(wǎng)絡(luò)分析儀內(nèi)置信號源的輸出射頻(RF)信號經(jīng)功率放大器放大后，送至定向耦合器的輸入端，在定向耦合器的輸入耦合端經(jīng)過保護(hù)衰減器接至射頻網(wǎng)絡(luò)分析儀的接收端，射頻網(wǎng)絡(luò)分析儀處于功率測量狀態(tài)，監(jiān)測定向耦合器的輸入功率。定向耦合器的輸出端接隔離衰減器后，再接至模型天線。隔離衰減器的主要作用是減小模型天線因不匹配造成的反射信號對輸入耦合及功率放大器的影響。光纖場強(qiáng)測量儀的傳感器通過一個絕緣支架固定在被測點(diǎn)部位，測量縮比模型天線產(chǎn)生的輻射場強(qiáng)。測試控制計算機(jī)控制射頻網(wǎng)絡(luò)分析儀的信號掃頻輸出和同步采集其接收信號，同時采集光纖場強(qiáng)測量儀相應(yīng)的場強(qiáng)值。測試控制和數(shù)據(jù)采集處理計算機(jī)通過調(diào)用系統(tǒng)的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)和測試數(shù)據(jù)，按照“短波天線輻射場強(qiáng)模型預(yù)測方法”中的校準(zhǔn)及數(shù)據(jù)處理技術(shù)，將測量的模型場強(qiáng)值轉(zhuǎn)化為實際天線的輻射場強(qiáng)，并繪制相應(yīng)的場強(qiáng)分布曲線。完成測試系統(tǒng)的校準(zhǔn)、測量和數(shù)據(jù)處理。測試系統(tǒng)只需監(jiān)測射頻功率放大器的輸出功率，通過射頻網(wǎng)絡(luò)分析儀對模型天線的反射系數(shù)進(jìn)行測量后，與天線的入射功率相乘就可得到反射功率，由入射功率減去反射功率即可得到天線的輻射功率，無需再用另外的功率監(jiān)測儀來監(jiān)測天線的反射功率，系統(tǒng)中使用單定向耦合器即可。定向耦合器的功能是耦合輸入功率小部分能量進(jìn)行監(jiān)測；衰減器則用來保護(hù)網(wǎng)絡(luò)分析儀和減小反射信號對入射耦合和功率放大器的影響，以提高測量準(zhǔn)確度。
權(quán)利要求
1.一種短波天線輻射場強(qiáng)模型預(yù)測測試系統(tǒng)，其特征在于包括有射頻功率發(fā)射單元、場強(qiáng)數(shù)據(jù)采集單元和測試控制和數(shù)據(jù)處理單元三個部分，所述的射頻功率發(fā)射單元包括射頻網(wǎng)絡(luò)分析儀和射頻功率放大器，射頻功率放大器輸出口通過定向耦合器與發(fā)射天線模型相接，所述的場強(qiáng)數(shù)據(jù)采集單元為強(qiáng)場測試儀，所述的數(shù)據(jù)處理單元為裝有測試控制及數(shù)據(jù)采集處理軟件的計算機(jī)，射頻網(wǎng)絡(luò)分析儀和強(qiáng)場測試儀均與計算機(jī)相聯(lián)接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的短波天線輻射場強(qiáng)模型預(yù)測測試系統(tǒng)，其特征是在定向耦合器輸出端通過隔離衰減器與發(fā)射天線模型相聯(lián)接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的短波天線輻射場強(qiáng)模型預(yù)測測試系統(tǒng)，其特征是定向耦合器的輸入耦合端通過保護(hù)衰減器與射頻網(wǎng)絡(luò)分析儀的接收端相接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的短波天線輻射場強(qiáng)模型預(yù)測測試系統(tǒng)，其特征是射頻網(wǎng)絡(luò)分析儀的頻率范圍滿足試驗要求，自帶內(nèi)置信號源，其接收端口可進(jìn)行絕對功率測量，帶計算機(jī)控制和數(shù)據(jù)傳輸接口，射頻網(wǎng)絡(luò)分析儀除了信號輸出和功率監(jiān)測外，還用來對整個系統(tǒng)的路徑傳輸損耗和天線的反射系數(shù)進(jìn)行測量和校準(zhǔn)；射頻功率放大器的輸出功率20～50W。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的短波天線輻射場強(qiáng)模型預(yù)測測試系統(tǒng)，其特征是所述的強(qiáng)場測試儀為光纖場強(qiáng)測量儀，其靈敏度小于1V/m，包括場強(qiáng)測試傳感器，場強(qiáng)測試傳感器直徑小于3cm，光纖場強(qiáng)測量儀帶計算機(jī)控制和數(shù)據(jù)傳輸接口。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種對大功率的短波發(fā)射天線裝載于復(fù)雜平臺后產(chǎn)生的輻射場強(qiáng)進(jìn)行模型預(yù)測的測試系統(tǒng)。包括有射頻功率發(fā)射單元、場強(qiáng)數(shù)據(jù)采集單元和測試控制和數(shù)據(jù)處理單元三個部分，射頻功率發(fā)射單元包括射頻網(wǎng)絡(luò)分析儀和射頻功率放大器，射頻功率放大器輸出口通過定向耦合器與發(fā)射天線模型相接，所述的場強(qiáng)數(shù)據(jù)采集單元為強(qiáng)場測試儀，所述的數(shù)據(jù)處理單元為裝有測試控制和數(shù)據(jù)處理軟件的計算機(jī)，射頻網(wǎng)絡(luò)分析儀和強(qiáng)場測試儀均與計算機(jī)相聯(lián)接。本發(fā)明在實驗室條件下，對復(fù)雜平臺縮比模型采用較少的測量儀器構(gòu)成測試系統(tǒng)，經(jīng)過掃頻校準(zhǔn)、測量和數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理，能夠準(zhǔn)確、快捷地預(yù)測大功率短波發(fā)射天線在復(fù)雜平臺上關(guān)鍵部位產(chǎn)生的輻射場強(qiáng)分布。
文檔編號G01R29/10GK1952671SQ20061012506
公開日2007年4月25日 申請日期2006年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月17日
發(fā)明者鄭生全, 黃松高, 張嘉, 劉義, 吳楠 申請人:中國艦船研究設(shè)計中心