微波暗室靜區(qū)性能測量及影響因素分析

白昀初

摘 要：在天線、雷達等無線通信產(chǎn)品和電子設(shè)備的測試中，微波暗室是一個理想的場所，在民用、軍事及專項工程領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，如何評估暗室的靜區(qū)性能也變得愈發(fā)重要。基于測量靜區(qū)反射電平的自由空間電壓駐波比（VSWR法），給出了測量原理和具體的測量過程，以及測量系統(tǒng)的布置方案，并通過測量實例進行驗證。結(jié)合實際測量中出現(xiàn)的問題，對可能影響測量結(jié)果的因素和需要注意的問題進行了分析，并提出了相應(yīng)的解決方案，對微波暗室的日常使用維護和微波暗室性能測量系統(tǒng)的組建具有一定的參考價值。

關(guān)鍵詞：微波暗室;靜區(qū)反射電平;VSWR法;影響因素;無線通信;性能測量

中圖分類號：TP39;TN98 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2019）05-00-02

0 引 言

靜區(qū)指暗室內(nèi)電場均勻性滿足規(guī)范要求的空間區(qū)域，評價一個暗室靜區(qū)的性能指標是否合乎要求，主要參考指標為反射電平。靜區(qū)反射電平的現(xiàn)行測量方法主要包括兩種，即VSWR法與天線方向圖比較法[1-2]。在實際測量時，優(yōu)先選用VSWR法。對于微波暗室的靜區(qū)反射電平的測量結(jié)果，目前尚未有相關(guān)標準和規(guī)范能對其進行評價，而且在實際測量中，微波暗室的靜區(qū)性能會受到暗室環(huán)境和測量系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生的誤差等因素影響，無法對微波暗室的靜區(qū)性能進行準確評價。

1 靜區(qū)反射電平測量過程及測試實例

微波暗室性能測量系統(tǒng)如圖1所示，可按具體功能劃分為如下三部分：

（1）信號發(fā)射部分由發(fā)射天線、轉(zhuǎn)臺及升降桿，信號源組成;

（2）信號接收部分由接收天線，轉(zhuǎn)臺及掃描架，頻譜儀組成;

（3）控制部分包括程控計算機，掃描架控制器及射頻線纜、網(wǎng)線等。

信號源的信號經(jīng)發(fā)射天線發(fā)射后，通過計算機對接收天線轉(zhuǎn)臺進行控制，在頻譜儀上實時采集接收信號電平參數(shù)，完成測試數(shù)據(jù)的統(tǒng)計處理及結(jié)果析。

VSWR法是在若干個給定的離散方位角上，在待測靜區(qū)內(nèi)選定的行程線上進行重復(fù)測量。在對微波暗室進行區(qū)域劃分后，以縱向行程線測量為例，當接收天線正對發(fā)射天線，極化方式相同時，控制接收天線掃描架沿著行程線移動，穿過待測靜區(qū)。縱向行程線測量典型曲線如圖2所示，曲線a-a為頻譜儀上測得的接收信號電平。改變接收天線的方位角為Φ°，重新沿行程線掃描，得到一條起伏曲線，該曲線顯示了直達波與反射波之間的干涉，將來源于暗室各側(cè)墻的反射信號疊加到電平d之上的合成曲線，在數(shù)據(jù)后處理中為其繪制兩條包絡(luò)曲線b-b和c-c[3-5]，其中：

式中：R為所求的靜區(qū)反射電平，單位為dB;曲線d-d為b和c的中值;D為在整個行程線上找到的最大包絡(luò)寬度，單位為dB;Er為等效反射波場強，單位為V;Ed為直達波場強，單位為V。包絡(luò)曲線b-b和c-c的擬合也是數(shù)據(jù)處理中最為核心的部分，包絡(luò)曲線的擬合精度決定了測量結(jié)果的真實程度。

改變接收天線的方位角和收發(fā)天線的極化方式，重復(fù)以上過程，得到全部縱向行程線的測量結(jié)果，橫向行程線及垂直行程線的測量過程依次類推，綜上即為VSWR法測量靜區(qū)反射電平的全過程。

某暗室180°靜區(qū)反射電平測量示意如圖3所示。選取靜區(qū)范圍為1 m×1 m×1 m，頻率為3 GHz，行程線為縱向行程線，方位角為180°，水平極化，俯仰角為0°，該頻段要求靜區(qū)反射電平<-35 dB，測量結(jié)果為-35.9 dB。

某暗室120°靜區(qū)反射電平測量示意如圖4所示。選取靜區(qū)范圍為1 m×1 m×1 m，頻率為1 GHz，行程線為橫向行程線，方位角為120°，水平極化，俯仰角為0°，該頻段要求靜區(qū)反射電平<-35 dB，測量結(jié)果為-46.6 dB。

2 影響因素分析及解決方案

與理論分析及仿真實驗不同，微波暗室的靜區(qū)性能指標會受到暗室環(huán)境和測量系統(tǒng)不確定性等因素的影響，在提出測量指標時應(yīng)當將這些因素考慮在內(nèi)，進行綜合分析評估[6-8]。

微波暗室自身的場地特性及人為因素會影響靜區(qū)反射電平的測量結(jié)果。測量過程中，暗室大門未關(guān)閉嚴合，吸波材料布置不均勻或高度不一致，都會造成不必要的反射和散射現(xiàn)象，在測量時也應(yīng)避免暗室內(nèi)有任何不必要物體的存在，在穿墻孔內(nèi)布設(shè)銅網(wǎng)或銅沙[9]。

對微波暗室性能測量系統(tǒng)而言，為減少墻面、天棚、地面的影響，選取高增益的天線較為適宜[10]，同時收發(fā)天線應(yīng)按照頻率的劃分成套配置。

發(fā)射天線轉(zhuǎn)臺的高度和角度能進行調(diào)節(jié)并具備鎖定功能，接收天線掃描架掃描步長的最小值應(yīng)能滿足國軍標中相應(yīng)頻率的要求，同時控制軟件的數(shù)據(jù)采集能以不大于八分之一最小干涉波周期間隔記錄數(shù)據(jù)。天線轉(zhuǎn)臺及掃描架應(yīng)盡可能選取非金屬透波材料，同時應(yīng)避免表面裸露，并在測試前鋪設(shè)好吸波材料。天線的安裝支架應(yīng)具備承重能力，在低頻范圍內(nèi)，測量所使用的天線尺寸較大，質(zhì)量一般在10 kg量級，未考慮重力影響的天線支架會發(fā)生較為嚴重的變形，使俯仰角發(fā)生變化，影響測量結(jié)果的準確性。在組裝測試系統(tǒng)時，對各設(shè)備位置的擺放及空間位置也應(yīng)當進行校準，以防因安裝誤差導致的測量誤差。

測量系統(tǒng)控制器機械結(jié)構(gòu)的時間延遲也應(yīng)在數(shù)據(jù)采集及處理過程中進行考慮，尤其在高頻部分，數(shù)據(jù)采集步長會相應(yīng)變短，應(yīng)當給電機驅(qū)動器預(yù)留啟動時間及截止時間，適當延長掃描行程線的長度并在后處理階段刪除多余的數(shù)據(jù)，以防在測量數(shù)據(jù)組中出現(xiàn)首尾大量數(shù)據(jù)重疊的現(xiàn)象，對測量曲線的擬合造成不便。

一般若暗室尺寸增大，靜區(qū)尺寸也會相應(yīng)變大，掃描軌道應(yīng)配置多段以便于接續(xù)調(diào)整，相鄰軌道間的平滑度也不應(yīng)忽視，同時待測靜區(qū)的中心距地面有數(shù)米的距離。考慮到一般微波暗室性能測試系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其運輸、拆卸不便，各部分材質(zhì)應(yīng)在滿足電性能指標的基礎(chǔ)上，選取更為輕便耐磨的材料。微波暗室的建設(shè)方也應(yīng)在確定靜區(qū)后，在其下方配置可供升降的平臺，并保證在測量時吸波材料的覆蓋率。

3 結(jié) 語

微波暗室的性能指標可依據(jù)GJB6780-2009《微波暗室性能測試方法》進行測量及評定，而對于微波暗室性能測量系統(tǒng)而言，尚未有相關(guān)規(guī)范和標準可針對系統(tǒng)進行整體檢驗，只能參考相關(guān)標準對系統(tǒng)內(nèi)單一部件進行選型評價，而且由于靜區(qū)反射電平測量耗時很長，測量流程也較為復(fù)雜，綜合考慮多方面因素，測量結(jié)果會與預(yù)測結(jié)果存在一定偏差，且復(fù)現(xiàn)性不甚理想。針對微波暗室的性能測量系統(tǒng)和設(shè)備的整體論證、研究還需要完善和補充，而且隨著新技術(shù)的發(fā)展和新要求的提出，對該領(lǐng)域的測試需求也將與日俱增。

參 考 文 獻

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