專利名稱：短波天線輻射場(chǎng)強(qiáng)模型預(yù)測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對(duì)大功率短波發(fā)射天線裝載于復(fù)雜平臺(tái)后產(chǎn)生的輻射場(chǎng)強(qiáng)進(jìn)行模型預(yù)測(cè)的方法。
背景技術(shù)：
大功率短波發(fā)射天線在復(fù)雜平臺(tái)上工作時(shí)產(chǎn)生的輻射場(chǎng)強(qiáng)分布一直是復(fù)雜平臺(tái)總體設(shè)計(jì)最為關(guān)注的問(wèn)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(duì)大功率的短波發(fā)射天線裝載于復(fù)雜平臺(tái)后產(chǎn)生的輻射場(chǎng)強(qiáng)的預(yù)測(cè)方法，主要是通過(guò)電磁場(chǎng)計(jì)算軟件的仿真計(jì)算，或?qū)?shí)際天線本身產(chǎn)生的輻射場(chǎng)強(qiáng)進(jìn)行測(cè)量。由于復(fù)雜的平臺(tái)如艦船、飛機(jī)的結(jié)構(gòu)及邊界條件復(fù)雜，利用電磁計(jì)算軟件計(jì)算時(shí)，受到計(jì)算方法及計(jì)算模型的準(zhǔn)確度以及計(jì)算機(jī)容量的限制，計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況誤差較大。而對(duì)實(shí)際天線產(chǎn)生的輻射場(chǎng)強(qiáng)進(jìn)行測(cè)量這種方法，一方面，難以完全模擬天線安裝后復(fù)雜平臺(tái)實(shí)際的結(jié)構(gòu)環(huán)境，而短波發(fā)射天線產(chǎn)生的輻射場(chǎng)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(cè)量結(jié)果仍然不能準(zhǔn)確反映短波天線安裝在實(shí)際平臺(tái)后產(chǎn)生的電磁場(chǎng)強(qiáng)分布；另一方面，測(cè)量實(shí)際天線產(chǎn)生的輻射場(chǎng)強(qiáng)，由于功率大，場(chǎng)強(qiáng)高，會(huì)對(duì)測(cè)試人員的健康安全構(gòu)成威脅。當(dāng)平臺(tái)建好后再進(jìn)行實(shí)際測(cè)量，如果實(shí)測(cè)的短波輻射場(chǎng)強(qiáng)在關(guān)鍵部位超標(biāo)，就要修改建好的平臺(tái)，這將非常麻煩，需要耗費(fèi)大量的人力、時(shí)間和費(fèi)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足而提供一種短波天線輻射場(chǎng)強(qiáng)模型預(yù)測(cè)方法，該方法在實(shí)驗(yàn)室條件下進(jìn)行，不僅能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)出大功率短波發(fā)射天線布置在復(fù)雜平臺(tái)上產(chǎn)生的輻射場(chǎng)分布特性，而且試驗(yàn)功率小，產(chǎn)生的輻射場(chǎng)強(qiáng)較小，安全性高。
本發(fā)明為解決上述提出的問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是根據(jù)實(shí)際短波天線的結(jié)構(gòu)按1∶n的比例制作短波天線的縮比模型；根據(jù)實(shí)際被測(cè)復(fù)雜平臺(tái)的結(jié)構(gòu)按1∶n的比例制作復(fù)雜平臺(tái)的縮比模型，同時(shí)對(duì)復(fù)雜平臺(tái)工作的環(huán)境和邊界條件均根據(jù)要求進(jìn)行模擬；
設(shè)置短波天線輻射場(chǎng)強(qiáng)模型預(yù)測(cè)測(cè)試系統(tǒng)，包括有射頻功率發(fā)射單元、場(chǎng)強(qiáng)數(shù)據(jù)采集單元和測(cè)試控制及數(shù)據(jù)處理單元三個(gè)部分；根據(jù)實(shí)際天線的工作頻率范圍和縮比系數(shù)，確定模型試驗(yàn)的頻率范圍和測(cè)試頻點(diǎn)數(shù)，模型試驗(yàn)的頻率為實(shí)際天線工作頻率的n倍，設(shè)置射頻網(wǎng)絡(luò)分析儀的頻率參量；對(duì)入射信號(hào)傳輸損耗進(jìn)行校準(zhǔn)測(cè)量，對(duì)耦合損耗進(jìn)行校準(zhǔn)測(cè)量，對(duì)模型天線的反射系數(shù)進(jìn)行校準(zhǔn)測(cè)量；將縮比模型的短波天線安設(shè)于縮比模型的復(fù)雜平臺(tái)，縮比模型的短波天線與短波天線輻射場(chǎng)強(qiáng)模型預(yù)測(cè)測(cè)試系統(tǒng)相接，場(chǎng)強(qiáng)測(cè)試傳感器用來(lái)測(cè)試模型天線在復(fù)雜平臺(tái)關(guān)鍵部位產(chǎn)生的模型場(chǎng)強(qiáng)E模；用測(cè)試系統(tǒng)的射頻信號(hào)源輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)射頻功率放大器放大后饋送至縮比模型的短波天線，試驗(yàn)頻率為實(shí)際工作頻率的n倍；將場(chǎng)強(qiáng)測(cè)試傳感器布置在模型關(guān)鍵部位，采集場(chǎng)強(qiáng)測(cè)量?jī)x測(cè)量的模型場(chǎng)強(qiáng)，連同網(wǎng)絡(luò)分析儀監(jiān)測(cè)的入射功率值，以數(shù)據(jù)文件存入數(shù)據(jù)處理單元的測(cè)試控制計(jì)算機(jī)；改變場(chǎng)強(qiáng)測(cè)試傳感器的位置，完成模型上所有關(guān)鍵測(cè)試點(diǎn)處的輻射場(chǎng)強(qiáng)，并連同相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)分析儀監(jiān)測(cè)的入射功率值，以數(shù)據(jù)文件形式存入測(cè)試控制計(jì)算機(jī)；用測(cè)試控制計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)處理模塊軟件，調(diào)用各組校準(zhǔn)數(shù)據(jù)和模型場(chǎng)強(qiáng)數(shù)據(jù)，計(jì)算出實(shí)際天線的輻射場(chǎng)強(qiáng)。
按上述方案，可根據(jù)計(jì)算出的實(shí)際天線的輻射場(chǎng)強(qiáng)，按頻率-場(chǎng)強(qiáng)的關(guān)系形式，繪制場(chǎng)強(qiáng)分布曲線。
按上述方案，所述的縮比模型的縮比比例1∶n通常為1∶20～50。
按上述方案，對(duì)平臺(tái)工作的環(huán)境均要根據(jù)要求進(jìn)行模擬，對(duì)于海面和地面，可用足夠大的金屬網(wǎng)或金屬板進(jìn)行模擬，而對(duì)于自由空間則需要采用微波暗室進(jìn)行模擬，平臺(tái)及天線部分則采取金屬良導(dǎo)體(如銅板)制作，主要是制作對(duì)電磁波影響較大的平臺(tái)表面，內(nèi)部結(jié)構(gòu)可根據(jù)模型的機(jī)械強(qiáng)度要求進(jìn)行簡(jiǎn)化。
饋送至縮比模型天線的射頻信號(hào)源輸出功率為20W～50W，試驗(yàn)頻率是實(shí)際工作頻率的n倍，n＝20～50，與縮比模型的縮比值n相同。
采用網(wǎng)絡(luò)分析儀分別校準(zhǔn)測(cè)試系統(tǒng)的信號(hào)傳輸損耗、耦合損耗和模型天線反射系數(shù)三個(gè)參量，以完成對(duì)測(cè)試系統(tǒng)的校準(zhǔn)，校準(zhǔn)數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)文件格式存入計(jì)算機(jī)，供數(shù)據(jù)處理時(shí)調(diào)用。
可采用功率計(jì)或頻譜分析儀或接收機(jī)監(jiān)測(cè)模型天線的輻射功率，同時(shí)用光纖場(chǎng)強(qiáng)儀測(cè)量模型天線在平臺(tái)模型上各關(guān)鍵部位產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)。
模型天線輻射場(chǎng)強(qiáng)與實(shí)際天線輻射場(chǎng)強(qiáng)的轉(zhuǎn)換關(guān)系的數(shù)學(xué)模式為 對(duì)于測(cè)試過(guò)程中的校準(zhǔn)及數(shù)據(jù)處理，所采用的方法和機(jī)理是利用測(cè)試系統(tǒng)中的射頻網(wǎng)絡(luò)分析儀分別測(cè)量系統(tǒng)中從定向耦合器的輸入端口接至模型天線的電纜端口(含定向耦合器、隔離衰減器、發(fā)射電纜)的入射信號(hào)傳輸損耗L入射(dB)、定向耦合器的輸入端口接網(wǎng)絡(luò)分析儀接收端的電纜端口(含定向耦合器、保護(hù)衰減器及耦合通道的射頻電纜)的耦合損耗L耦合(dB)，以及模型天線的電壓反射系數(shù)Γ，采用控制計(jì)算機(jī)控制網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行掃頻測(cè)量，并將校準(zhǔn)的數(shù)據(jù)以校準(zhǔn)數(shù)據(jù)文件的形式存入計(jì)算機(jī)，待模型天線的場(chǎng)強(qiáng)E1測(cè)試完畢后，調(diào)用校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，并對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，獲得實(shí)際天線的輻射場(chǎng)強(qiáng)E分布。對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的基本原理是基于麥克斯韋方程和模型天線理論。具體推導(dǎo)如下設(shè)原天線的電磁場(chǎng)分別為E和H，坐標(biāo)為X、Y、Z，時(shí)間為t，介質(zhì)的參數(shù)為ε、μ、σ；模型天線的電磁場(chǎng)分別為E1和H1，坐標(biāo)為X1、Y1、Z1，時(shí)間為t1，介質(zhì)參數(shù)為ε1、μ1、σ1，原天線尺寸為模型天線尺寸的n倍，則兩天線有如下關(guān)系X=nX1,Y=nY1,Z=nZ1E=aE1,H=bH1,t=ct1---(1)]]>式中a、b、c為待定比例系數(shù)，則有▿=i∂∂x+j∂∂y+k∂∂z=ln(i∂∂x1+j∂∂y1+k∂∂z1)=ln▿l---(2)]]>∂H1∂t1=cb∂H∂t]]>∂E1∂t1=ca∂E∂t---(3)]]>由于原天線和模型天線都應(yīng)該滿足麥克斯韋方程，則▿×H=ϵ∂E∂t+σE---(4)]]>▿×E=-μ∂H∂t---(5)]]>
▿1×H1=×lbH=ϵnabc∂E1∂t1+σnabE1---(6)]]>▿1×E1=n▿×laE=-μnbac∂H1∂t1---(7)]]>可見(jiàn)，要使模型天線的電磁場(chǎng)分布與原尺寸天線具有相同的形式，必須使式(4)、(5)與式(6)、(7)具有相同的形式，即σ1=σnab---(8)]]>μ1=μnbac---(9)]]>ϵ1=ϵnacb---(10)]]>由于原天線與模型天線均在空氣中制造和進(jìn)行研究，且采用相同的電磁單位，則a＝b ε＝ε1μ＝μ1(11)由式(8)～(11)，可得n＝c σ1＝nσ(12)由以上可以看出，如果把天線的尺寸縮小n倍，為了保持與原天線的相似性，應(yīng)該把周期減小n倍(或把頻率提高n倍)，把制造模型天線的材料的電導(dǎo)率提高n倍，由于原天線與模型天線的材料均為良導(dǎo)體的金屬，其輻射功率遠(yuǎn)大于損耗功率，可以忽略因不增大電導(dǎo)率而引入的誤差。
因此，原天線與模型天線的各量之間存在如下表所示的關(guān)系表1模型天線與原天線量間的相互關(guān)系

由于P1＝P/abn2，a＝b
因此有a=lnpp1---(13)]]>即E=aE1=lnpp1E1---(14)]]>式中E為實(shí)際天線的輻射場(chǎng)強(qiáng)，E1為模型天線的輻射場(chǎng)強(qiáng)，P為實(shí)際天線的輻射功率，P1為模型天線的輻射功率。實(shí)際天線的輻射功率為發(fā)射機(jī)的輸出功率P入乘以天線系統(tǒng)的效率η，均為已知；模型天線的輻射功率P1和模型天線輻射場(chǎng)強(qiáng)E1則通過(guò)試驗(yàn)測(cè)試獲得，從而計(jì)算獲得實(shí)際天線的輻射場(chǎng)強(qiáng)E。對(duì)測(cè)試系統(tǒng)的校準(zhǔn)是考慮到測(cè)試系統(tǒng)的電纜損耗和模型天線因無(wú)天線調(diào)諧器時(shí)的反射因素對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以獲得更加準(zhǔn)確的模型天線輻射功率P1。
設(shè)網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)量的耦合功率為P1耦合(dBm)，則定向耦合器的輸入功率為P0輸入(dBm)＝P1耦合(dBm)-L耦合(dBm) (15)模型天線端口的輸入功率為P1輸入(dBm)＝P0輸入(dBm)+L入射(dB)＝P1耦合(dBm)-L耦合(dB)+L入射(dB) (16)由于模型天線的電壓反射系數(shù)為Γ，則功率反射系數(shù)為Γ2，則模型天線的反射功率為P1反射＝P1輸入*Γ2(17)由于模型天線為良導(dǎo)體制作，忽略天線的熱損耗，則模型天線的輻射功率為P1輻射(W)＝P1輸入-P1反射＝P1輸入*(1-Γ2) 因此， 式(19)即為從模型天線輻射場(chǎng)強(qiáng)至實(shí)際天線輻射場(chǎng)強(qiáng)的轉(zhuǎn)換關(guān)系。
本發(fā)明的有益效果是1、可以在實(shí)驗(yàn)室條件下，通過(guò)對(duì)測(cè)試系統(tǒng)的校準(zhǔn)和對(duì)模型天線輻射場(chǎng)強(qiáng)數(shù)據(jù)的處理，在設(shè)計(jì)階段準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)大功率短波發(fā)射天線布置在復(fù)雜平臺(tái)后，在關(guān)鍵部位產(chǎn)生的輻射場(chǎng)強(qiáng)；2、測(cè)試發(fā)射功率小，對(duì)測(cè)試人員不構(gòu)成電磁安全性威脅；3、使用方便，測(cè)試費(fèi)用較低。


圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的流程框圖。
圖2是本發(fā)明入射信號(hào)傳輸損耗校準(zhǔn)測(cè)量框圖。
圖3是本發(fā)明耦合損耗校準(zhǔn)測(cè)量框圖。
圖4是本發(fā)明模型天線反射系數(shù)校準(zhǔn)測(cè)量框圖。
圖5是本發(fā)明短波天線輻射場(chǎng)強(qiáng)模型預(yù)測(cè)測(cè)試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理框圖。
圖6是平臺(tái)模型上某測(cè)試點(diǎn)測(cè)得的模型天線輻射產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)-頻率曲線。
圖7為根據(jù)本方法計(jì)算轉(zhuǎn)換為實(shí)際平臺(tái)上對(duì)應(yīng)該測(cè)試點(diǎn)預(yù)測(cè)的實(shí)際天線輻射產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)-頻率曲線。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。
1)首先要根據(jù)實(shí)際天線的工作頻率及測(cè)試儀器的工作頻率范圍，確定模型縮比系數(shù)為20，采用銅或鍍鋅鐵皮等良導(dǎo)體制作復(fù)雜平臺(tái)及天線的縮比模型。制作復(fù)雜平臺(tái)模型時(shí)，重點(diǎn)考慮對(duì)天線輻射影響較大的金屬外形及上層建筑殼體，平臺(tái)內(nèi)部可根據(jù)模型結(jié)構(gòu)需要進(jìn)行簡(jiǎn)化制作；模型天線則重點(diǎn)對(duì)天線的輻射體和饋電部分進(jìn)行模擬，并安裝在平臺(tái)模型相應(yīng)的位置。
2)設(shè)置短波天線輻射場(chǎng)強(qiáng)模型預(yù)測(cè)測(cè)試系統(tǒng)，包括有射頻功率發(fā)射單元、場(chǎng)強(qiáng)數(shù)據(jù)采集單元和測(cè)試控制和數(shù)據(jù)處理單元三個(gè)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(guò)定向耦合器與發(fā)射天線模型相接，所述的場(chǎng)強(qiáng)數(shù)據(jù)采集單元為強(qiáng)場(chǎng)測(cè)試儀，所述的數(shù)據(jù)處理單元為裝有測(cè)試控制和數(shù)據(jù)處理軟件的計(jì)算機(jī)，射頻網(wǎng)絡(luò)分析儀和強(qiáng)場(chǎng)測(cè)試儀均與計(jì)算機(jī)相聯(lián)接。此外，在定向耦合器輸出端通過(guò)隔離衰減器與發(fā)射天線模型相聯(lián)接；定向耦合器的輸入耦合端通過(guò)保護(hù)衰減器與射頻網(wǎng)絡(luò)分析儀的接收端相接；射頻網(wǎng)絡(luò)分析儀的頻率范圍滿足試驗(yàn)要求，自帶內(nèi)置信號(hào)源，其接收端口可進(jìn)行絕對(duì)功率測(cè)量，帶計(jì)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(hào)輸出和功率監(jiān)測(cè)外，還用來(lái)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的路徑傳輸損耗和天線的反射系數(shù)進(jìn)行測(cè)量和校準(zhǔn)；射頻功率放大器的輸出功率20～50W。所述的強(qiáng)場(chǎng)測(cè)試儀為光纖場(chǎng)強(qiáng)測(cè)量?jī)x，其靈敏度小于1V/m，光纖場(chǎng)強(qiáng)測(cè)量?jī)x包括場(chǎng)強(qiáng)測(cè)試傳感器。
2)在制作好平臺(tái)及天線的模型后，分別按圖2、圖3、圖4、圖5所示的校準(zhǔn)和測(cè)試系統(tǒng)原理框圖，連接測(cè)試系統(tǒng)各測(cè)試儀器，構(gòu)建模型天線輻射場(chǎng)強(qiáng)的校準(zhǔn)和測(cè)試系統(tǒng)。根據(jù)實(shí)際天線的工作頻率和縮比系數(shù)，取實(shí)際工作頻率為2MHz～30MHz，縮比系數(shù)為1∶20，則模型試驗(yàn)頻率范圍為40MHz～600MHz，選定一定的測(cè)試頻點(diǎn)數(shù)，設(shè)置射頻網(wǎng)絡(luò)分析儀的頻率參量。
3)對(duì)入射信號(hào)傳輸損耗進(jìn)行校準(zhǔn)測(cè)量先用輔助測(cè)試電纜1將射頻網(wǎng)絡(luò)分析儀的兩個(gè)端口短接，根據(jù)試驗(yàn)頻率范圍設(shè)置好射頻網(wǎng)絡(luò)分析儀的起止頻率，網(wǎng)絡(luò)分析儀處于傳輸工作模式，對(duì)射頻網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行直通校準(zhǔn)；再?gòu)纳漕l網(wǎng)絡(luò)分析儀的接收端口將輔助測(cè)試電纜1斷開(kāi)，接至定向耦合器的輸入端，將測(cè)試電纜2接模型天線的端口接至射頻網(wǎng)絡(luò)分析儀的接收端，定向耦合器的耦合端口經(jīng)保護(hù)衰減器接匹配負(fù)載(如圖2所示)。測(cè)量入射信號(hào)的傳輸損耗，并將測(cè)試曲線以數(shù)據(jù)文件形式存入測(cè)試控制計(jì)算機(jī)；4)對(duì)耦合損耗進(jìn)行校準(zhǔn)測(cè)量在上一步對(duì)射頻網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行直通校準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，將測(cè)試電纜2的終端接匹配負(fù)載，將定向耦合器的耦合端口經(jīng)保護(hù)衰減器、耦合電纜接至網(wǎng)絡(luò)分析儀的接收端(如圖3所示)，測(cè)量輸入信號(hào)的耦合損耗，并將測(cè)試曲線以數(shù)據(jù)文件形式存入測(cè)試控制計(jì)算機(jī)；5)對(duì)模型天線的反射系數(shù)進(jìn)行校準(zhǔn)測(cè)量將測(cè)試電纜2接至射頻網(wǎng)絡(luò)分析儀的信號(hào)輸出端口，射頻網(wǎng)絡(luò)分析儀處于反射測(cè)量狀態(tài)，分別在測(cè)試電纜2的另一端接開(kāi)路器、短路器和匹配負(fù)載，對(duì)射頻網(wǎng)絡(luò)分析儀和測(cè)試電纜進(jìn)行校準(zhǔn)，然后將測(cè)試電纜2接至模型天線，測(cè)量模型天線的反射系數(shù)，以線性形式表示，并將測(cè)試曲線以數(shù)據(jù)文件形式存入測(cè)試控制計(jì)算機(jī)；6)按照?qǐng)D5的形式連接測(cè)試系統(tǒng)，設(shè)置射頻網(wǎng)絡(luò)分析儀的功率輸出為-2dBm～-10dBm，以保護(hù)射頻功率放大器；由射頻網(wǎng)絡(luò)分析儀輸出的射頻信號(hào)經(jīng)過(guò)功率放大器放大后，送至定向耦合器的輸入端，定向耦合器的輸出端通過(guò)射頻同軸電纜與模型天線相連，其間插入一個(gè)衰減量為3～SdB的隔離衰減器，可以有效地減小因天線不匹配而產(chǎn)生的反射信號(hào)對(duì)入射耦合和射頻功率放大器的影響，提高測(cè)量準(zhǔn)確度；定向耦合器的入射耦合通過(guò)一個(gè)保護(hù)衰減器與網(wǎng)絡(luò)分析儀的接收端口相連，以監(jiān)測(cè)模型天線的輸入功率P1入，反射功率則通過(guò)天線的反射系數(shù)和入射功率進(jìn)行計(jì)算獲得；場(chǎng)強(qiáng)測(cè)試儀和場(chǎng)強(qiáng)測(cè)試傳感器用來(lái)測(cè)試模型天線在關(guān)鍵部位產(chǎn)生的模型場(chǎng)強(qiáng)E模。
7)設(shè)置射頻網(wǎng)絡(luò)分析儀的接收端口為絕對(duì)功率測(cè)量狀態(tài)，開(kāi)啟射頻功率放大器。將光纖場(chǎng)強(qiáng)測(cè)量?jī)x的測(cè)量傳感器布置在模型關(guān)鍵部位，采集光纖場(chǎng)強(qiáng)測(cè)量?jī)x測(cè)量的模型場(chǎng)強(qiáng)和網(wǎng)絡(luò)分析儀監(jiān)測(cè)的入射功率值，以數(shù)據(jù)文件存入測(cè)試控制計(jì)算機(jī)；圖6為平臺(tái)模型上某測(cè)試點(diǎn)測(cè)得的模型天線輻射產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)-頻率曲線；8)改變傳感器的位置，完成模型上所有關(guān)鍵的測(cè)試點(diǎn)處的輻射場(chǎng)強(qiáng)，并同網(wǎng)絡(luò)分析儀監(jiān)測(cè)的入射功率值，以數(shù)據(jù)文件形式存入測(cè)試控制計(jì)算機(jī)；9)利用數(shù)據(jù)處理模塊，數(shù)據(jù)處理模塊軟件的主要數(shù)學(xué)模型是公式(19)，調(diào)用各組校準(zhǔn)數(shù)據(jù)和模型場(chǎng)強(qiáng)數(shù)據(jù)，計(jì)算出實(shí)際天線的輻射場(chǎng)強(qiáng)，并按頻率-場(chǎng)強(qiáng)的關(guān)系形式，繪制場(chǎng)強(qiáng)分布曲線。圖5中的測(cè)試控制及數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)用來(lái)控制射頻網(wǎng)絡(luò)分析儀的頻率和輸出功率、網(wǎng)絡(luò)分析儀接收端口的功率監(jiān)測(cè)采集和場(chǎng)強(qiáng)測(cè)試儀的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)處理等。圖7為根據(jù)本方法計(jì)算轉(zhuǎn)換為實(shí)際平臺(tái)上對(duì)應(yīng)該測(cè)試點(diǎn)預(yù)測(cè)的實(shí)際天線輻射產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)-頻率曲線。
權(quán)利要求
1.一種短波天線輻射場(chǎng)強(qiáng)模型預(yù)測(cè)方法，其特征在于根據(jù)實(shí)際短波天線的結(jié)構(gòu)按1∶n的比例制作短波天線的縮比模型，根據(jù)實(shí)際被側(cè)復(fù)雜平臺(tái)的結(jié)構(gòu)按1∶n的比例制作復(fù)雜平臺(tái)的縮比模型，同時(shí)對(duì)復(fù)雜平臺(tái)工作的環(huán)境均根據(jù)要求進(jìn)行模擬，設(shè)置短波天線輻射場(chǎng)強(qiáng)模型預(yù)測(cè)測(cè)試系統(tǒng)，包括有射頻功率發(fā)射單元、場(chǎng)強(qiáng)數(shù)據(jù)采集單元和測(cè)試控制及數(shù)據(jù)處理單元三個(gè)部分，根據(jù)實(shí)際天線的工作頻率范圍和縮比系數(shù)，確定模型試驗(yàn)的頻率范圍和測(cè)試頻點(diǎn)數(shù)，模型試驗(yàn)的頻率為實(shí)際天線工作頻率的n倍，設(shè)置射頻網(wǎng)絡(luò)分析儀的頻率參量，對(duì)入射信號(hào)傳輸損耗進(jìn)行校準(zhǔn)測(cè)量，對(duì)耦合損耗進(jìn)行校準(zhǔn)測(cè)量，對(duì)模型天線的反射系數(shù)進(jìn)行校準(zhǔn)測(cè)量，將縮比模型的短波天線安設(shè)于縮比模型的復(fù)雜平臺(tái)，縮比模型的短波天線與短波天線輻射場(chǎng)強(qiáng)模型預(yù)測(cè)測(cè)試系統(tǒng)相接，場(chǎng)強(qiáng)測(cè)試傳感器用來(lái)測(cè)試模型天線在復(fù)雜平臺(tái)關(guān)鍵部位產(chǎn)生的模型場(chǎng)強(qiáng)E模，用測(cè)試系統(tǒng)的射頻信號(hào)源輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)射頻功率放大器放大后饋送至縮比模型的短波天線，試驗(yàn)頻率為實(shí)際工作頻率的n倍，將場(chǎng)強(qiáng)測(cè)試傳感器布置在模型關(guān)鍵部位，采集場(chǎng)強(qiáng)測(cè)量?jī)x測(cè)量的模型場(chǎng)強(qiáng)，連同網(wǎng)絡(luò)分析儀監(jiān)測(cè)的入射功率值，以數(shù)據(jù)文件存入數(shù)據(jù)處理單元的測(cè)試控制計(jì)算機(jī)；改變場(chǎng)強(qiáng)測(cè)試傳感器的位置，完成模型上所有關(guān)鍵測(cè)試點(diǎn)處的輻射場(chǎng)強(qiáng)，并連同相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)分析儀監(jiān)測(cè)的入射功率值，以數(shù)據(jù)文件形式存入測(cè)試控制計(jì)算機(jī)；用測(cè)試控制計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)處理模塊軟件，調(diào)用各組校準(zhǔn)數(shù)據(jù)和模型場(chǎng)強(qiáng)數(shù)據(jù)，計(jì)算出實(shí)際天線的輻射場(chǎng)強(qiáng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的短波天線輻射場(chǎng)強(qiáng)模型預(yù)測(cè)方法，其特征在于根據(jù)計(jì)算出的實(shí)際天線的輻射場(chǎng)強(qiáng)，按頻率-場(chǎng)強(qiáng)的關(guān)系形式，繪制場(chǎng)強(qiáng)分布曲線。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的短波天線輻射場(chǎng)強(qiáng)模型預(yù)測(cè)方法，其特征在于所述的縮比模型的縮比比例1∶n為1∶20～50。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的短波天線輻射場(chǎng)強(qiáng)模型預(yù)測(cè)方法，其特征在于對(duì)平臺(tái)工作的環(huán)境均要根據(jù)要求進(jìn)行模擬，對(duì)于海面和地面，用足夠大的金屬網(wǎng)或金屬板進(jìn)行模擬，而對(duì)于自由空間則需要采用微波暗室進(jìn)行模擬，平臺(tái)及天線部分則采取金屬良導(dǎo)體制作，主要是制作對(duì)電磁波影響較大的平臺(tái)表面。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的短波天線輻射場(chǎng)強(qiáng)模型預(yù)測(cè)方法，其特征在于饋送至縮比模型天線的射頻信號(hào)源輸出功率為20W～50W，試驗(yàn)頻率是實(shí)際工作頻率的n倍，n＝20～50，與縮比模型的縮比值n相同。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的短波天線輻射場(chǎng)強(qiáng)模型預(yù)測(cè)方法，其特征在于所述的短波天線輻射場(chǎng)強(qiáng)模型預(yù)測(cè)測(cè)試系統(tǒng)中，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(guò)定向耦合器與發(fā)射天線模型相接，所述的場(chǎng)強(qiáng)數(shù)據(jù)采集單元為強(qiáng)場(chǎng)測(cè)試儀，所述的數(shù)據(jù)處理單元為裝有測(cè)試控制和數(shù)據(jù)處理軟件的計(jì)算機(jī)，射頻網(wǎng)絡(luò)分析儀和強(qiáng)場(chǎng)測(cè)試儀均與計(jì)算機(jī)相聯(lián)接，此外，在定向耦合器輸出端通過(guò)隔離衰減器與發(fā)射天線模型相聯(lián)接；定向耦合器的輸入耦合端通過(guò)保護(hù)衰減器與射頻網(wǎng)絡(luò)分析儀的接收端相接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的短波天線輻射場(chǎng)強(qiáng)模型預(yù)測(cè)方法，其特征在于采用網(wǎng)絡(luò)分析儀分別校準(zhǔn)測(cè)試系統(tǒng)的信號(hào)傳輸損耗、耦合損耗和模型天線反射系數(shù)三個(gè)參量，以完成對(duì)測(cè)試系統(tǒng)的校準(zhǔn)，校準(zhǔn)數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)文件格式存入計(jì)算機(jī)，供數(shù)據(jù)處理時(shí)調(diào)用。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的短波天線輻射場(chǎng)強(qiáng)模型預(yù)測(cè)方法，其特征在于模型天線輻射場(chǎng)強(qiáng)與實(shí)際天線輻射場(chǎng)強(qiáng)的轉(zhuǎn)換關(guān)系的數(shù)學(xué)模式為
全文摘要
本發(fā)明涉及一種對(duì)大功率短波發(fā)射天線裝載于復(fù)雜平臺(tái)后產(chǎn)生的輻射場(chǎng)強(qiáng)進(jìn)行模型預(yù)測(cè)的方法。該方法是根據(jù)實(shí)際短波天線和復(fù)雜平臺(tái)的結(jié)構(gòu)按1∶n的比例縮比模型；設(shè)置短波天線輻射場(chǎng)強(qiáng)模型預(yù)測(cè)測(cè)試系統(tǒng)，縮比模型的短波天線與短波天線輻射場(chǎng)強(qiáng)模型預(yù)測(cè)測(cè)試系統(tǒng)相接；用測(cè)試系統(tǒng)的射頻信號(hào)源輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)射頻功率放大器放大后饋送至縮比模型的短波天線，采集場(chǎng)強(qiáng)測(cè)量?jī)x測(cè)量的模型場(chǎng)強(qiáng)，用測(cè)試控制計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)處理模塊軟件，調(diào)用各組校準(zhǔn)數(shù)據(jù)和模型場(chǎng)強(qiáng)數(shù)據(jù)，計(jì)算出實(shí)際天線的輻射場(chǎng)強(qiáng)。本發(fā)明在實(shí)驗(yàn)室低發(fā)射功率條件下，通過(guò)對(duì)測(cè)試系統(tǒng)的校準(zhǔn)和對(duì)模型天線輻射場(chǎng)強(qiáng)數(shù)據(jù)的處理，可準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)大功率短波發(fā)射天線布置在復(fù)雜平臺(tái)后產(chǎn)生的輻射場(chǎng)強(qiáng)。
文檔編號(hào)G01R29/10GK1952670SQ20061012506
公開(kāi)日2007年4月25日 申請(qǐng)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, 吳楠, 溫定娥, 劉義 申請(qǐng)人:中國(guó)艦船研究設(shè)計(jì)中心