本申請涉及電磁場測量領(lǐng)域，尤其涉及一種場傳感器校準(zhǔn)的方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

場傳感器是測量場強的常用設(shè)備，廣泛用于電磁環(huán)境監(jiān)測、電磁輻射危害測量以及軍用和民用產(chǎn)品電磁兼容試驗等領(lǐng)域。場傳感器的校準(zhǔn)直接影響場強測量的準(zhǔn)確性。對于1GHz-18GHz場傳感器的校準(zhǔn)，IEEE Std 1309-2013標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定利用標(biāo)準(zhǔn)增益喇叭天線和全電波暗室建立的標(biāo)準(zhǔn)場法，可以實現(xiàn)場強范圍200V/m以下的場傳感器的校準(zhǔn)。

隨著電磁環(huán)境日趨復(fù)雜，場強幅度越來越高，甚至達(dá)到1000V/m以上，對于200V/m以上場傳感器校準(zhǔn)缺乏相應(yīng)的手段和方法。對于場強幅度200V/m以上的場傳感器校準(zhǔn)，需要更高功率輸出的功率放大器，對雙定向耦合器以及標(biāo)準(zhǔn)增益喇叭天線等其它設(shè)備的功率容限也提出更高要求，而且造價昂貴，不易實施。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種高強度場傳感器校準(zhǔn)方法和系統(tǒng)，克服標(biāo)準(zhǔn)場法在測試區(qū)域不易產(chǎn)生高場強的問題，實現(xiàn)場強幅度200V/m以上的場傳感器校準(zhǔn)。

本發(fā)明實施例提出一種高強度場傳感器校準(zhǔn)系統(tǒng)，包括發(fā)射天線、用于發(fā)射天線的信號發(fā)生系統(tǒng)、用于測量所述場傳感器接收場強值的場強計、混響室、接收天線、信號接收系統(tǒng)；所述混響室包含水平攪拌器和垂直攪拌器，用于產(chǎn)生均勻電磁場；所述混響室的內(nèi)壁為全金屬結(jié)構(gòu)；所述混響室的中部為場均勻區(qū)域；所述接收天線位于所述場均勻區(qū)域，用于測量所述均勻電磁場；所述信號接收系統(tǒng)用于測量所述接收天線接收的場強值。

進一步地，所述信號接收系統(tǒng)包含接收機、電纜、過壁接頭；所述電纜用于連接所述接收天線和所述接收機；所述過壁接頭用于使電纜穿通所述混響室腔體壁時保持混響室屏蔽完整；所述接收機用于測量和顯示接收功率。

進一步優(yōu)選地，所述信號接收系統(tǒng)還包含衰減器；所述衰減器用于對電纜傳送的功率衰減后輸入所述接收機。

作為本發(fā)明系統(tǒng)的最佳實施例，所述混響室的場均勻區(qū)域不小于30cm×30cm×20cm，場均勻性小于2dB。

本發(fā)明實施例還提出一種高強度場傳感器校準(zhǔn)方法，用于本發(fā)明任一實施例所述高強度場傳感器校準(zhǔn)系統(tǒng)，包括以下步驟：

將被校準(zhǔn)的場傳感器置于所述混響室的場均勻區(qū)域內(nèi)，并與混響室外的場強計連接；

調(diào)整信號發(fā)生系統(tǒng)，使發(fā)射天線按照待校準(zhǔn)工作頻率和工作場強幅度向所述混響室內(nèi)輻射電磁波；

設(shè)定所述水平攪拌器和垂直攪拌器在一個攪拌周期內(nèi)的步進數(shù)，計為N；

每步進一次，測量所述場傳感器的接收場強值，最后得到在一個攪拌周期內(nèi)所述場傳感器接收的平均場強值其中E_i為第i次步進時所述場傳感器的接收場強值；

每步進一次，測量所述接收天線的口面接收功率，最后得到在一個攪拌周期內(nèi)所述接收天線接收的平均場強值其中P_i是第i次步進時所述接收天線的接收場強值；

所述接收天線接收的平均場強值與所述場傳感器接收的平均場強值相比較，得到所述場傳感器的場強修正因子

優(yōu)選地，本發(fā)明所述高強度場傳感器校準(zhǔn)方法中所述場傳感器與所述接收天線的天線口徑之間的距離不小于0.075米。

優(yōu)選地，本發(fā)明所述高強度場傳感器校準(zhǔn)方法中，N≥250?？梢岳斫?，在一個攪拌周期內(nèi)，所述水平攪拌器在0°～360°范圍內(nèi)步進數(shù)為M；所述垂直攪拌器在0°～360°范圍內(nèi)步進數(shù)為K；有M×K≥250。

本申請實施例采用的上述至少一個技術(shù)方案能夠達(dá)到以下有益效果：本發(fā)明的高場強環(huán)境下場傳感器校準(zhǔn)方法和系統(tǒng)，是利用混響室建立一套高場強產(chǎn)生環(huán)境，通過對基于混響室的高場強定標(biāo)完成場傳感器的校準(zhǔn)?；祉懯冶旧硎抢弥C振腔原理，通過攪拌器的旋轉(zhuǎn)改變混響室內(nèi)的場強分布，在工作區(qū)域內(nèi)實現(xiàn)統(tǒng)計均勻的場強分布，混響室具有輸入合適功率即能產(chǎn)生較高場強的優(yōu)勢?？捎行У亟鉀Q場強范圍200V/m以上的場傳感器校準(zhǔn)，實現(xiàn)高場強測量的量值傳遞和溯源，確保電磁環(huán)境場強測量的準(zhǔn)確性。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本申請的進一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，本申請的示意性實施例及其說明用于解釋本申請，并不構(gòu)成對本申請的不當(dāng)限定。在附圖中：

圖1為現(xiàn)有技術(shù)微波毫米波標(biāo)準(zhǔn)場法進行場傳感器校準(zhǔn)的系統(tǒng)示意圖；

圖2為本發(fā)明高強度場傳感器校準(zhǔn)系統(tǒng)示意圖；

圖3為接收機與混響室內(nèi)接收天線連接示意圖；

圖4為本發(fā)明的高強度場傳感器校準(zhǔn)方法流程示意圖。

具體實施方式

為使本申請的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本申請具體實施例及相應(yīng)的附圖對本申請技術(shù)方案進行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實施例僅是本申請一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒旧暾堉械膶嵤├?，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本申請保護的范圍。

以下結(jié)合附圖，詳細(xì)說明本申請各實施例提供的技術(shù)方案。

圖1為現(xiàn)有技術(shù)微波毫米波標(biāo)準(zhǔn)場法進行場傳感器校準(zhǔn)的系統(tǒng)示意圖。對于1GHz-18GHz的場傳感器的校準(zhǔn)，IEEE Std 1309-2013標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了微波毫米波標(biāo)準(zhǔn)場法。

微波毫米波標(biāo)準(zhǔn)場法是利用頻率、幅度穩(wěn)定的信號源和經(jīng)過校準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)增益天線，在模擬自由空間的全電波暗室內(nèi)建立可以計算的標(biāo)準(zhǔn)場。然后將待校場傳感器置于建立的標(biāo)準(zhǔn)場中實現(xiàn)場傳感器的校準(zhǔn)。

校準(zhǔn)方法包含以下步驟：

步驟01、按照圖1所示連接儀器設(shè)備，按儀器說明書要求預(yù)熱；

步驟02、調(diào)節(jié)待校場傳感器的位置，使場傳感器中心與標(biāo)準(zhǔn)增益天線口徑中心在一個軸線上，記錄場傳感器和標(biāo)準(zhǔn)增益天線之間的距離d；

步驟03、調(diào)節(jié)信號發(fā)生器輸出頻率至被校頻率，增加信號發(fā)生器的輸出幅度，記錄前向功率值P_in和反向功率值P_ref，以及信號發(fā)生器輸出幅值L。標(biāo)準(zhǔn)增益天線產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)場E₀按公式1計算；

式中，E₀為標(biāo)準(zhǔn)場(V/m)；η為自由空間波阻抗377Ω；C_f為雙定向耦合器前向耦合系數(shù)；C_r為雙定向耦合器反向耦合系數(shù)；G為標(biāo)準(zhǔn)增益天線的增益。

步驟04、記錄步驟03中計算的標(biāo)準(zhǔn)場E₀和待校場傳感器的指示值E；

步驟05、重復(fù)步驟03和步驟04，完成其它頻率點的場傳感器校準(zhǔn)；

步驟06、根據(jù)記錄的標(biāo)準(zhǔn)場E₀和待校場傳感器的指示值E，按照公式2計算出校準(zhǔn)系數(shù)

對于利用標(biāo)準(zhǔn)增益喇叭天線和全電波暗室建立的微波毫米波標(biāo)準(zhǔn)場法，可以實現(xiàn)場強范圍200V/m以下的場傳感器的校準(zhǔn)。對于場強幅度200V/m以上的場傳感器校準(zhǔn)，需要更高功率輸出的功率放大器，對雙定向耦合器以及標(biāo)準(zhǔn)增益喇叭天線等其它設(shè)備的功率容限也提出更高要求，而且造價昂貴，不易實施。

圖2為本發(fā)明高強度場傳感器校準(zhǔn)系統(tǒng)示意圖。本發(fā)明實施例提出的一種高強度場傳感器校準(zhǔn)系統(tǒng)，包括發(fā)射天線、用于發(fā)射天線的信號發(fā)生系統(tǒng)、用于測量所述場傳感器接收場強值的場強計、混響室、接收天線、信號接收系統(tǒng)；所述混響室是用于產(chǎn)生高場強電磁環(huán)境的設(shè)備。

混響室是內(nèi)部帶有攪拌器的金屬腔體，采用諧振腔原理，通過攪拌器的旋轉(zhuǎn)改變混響室內(nèi)的場強分布。所述混響室的內(nèi)壁為全金屬結(jié)構(gòu)；所述混響室的中部為場均勻區(qū)域；所述混響室包含水平攪拌器和垂直攪拌器，用于產(chǎn)生均勻電磁場。

所述接收天線位于所述場均勻區(qū)域，用于測量所述均勻電磁場；所述信號接收系統(tǒng)用于測量所述接收天線接收的場強值。

所述用于發(fā)射天線的信號發(fā)生系統(tǒng)，包括信號發(fā)生器、功率放大器、定向耦合器、功率敏感計和功率計。

作為本發(fā)明系統(tǒng)的最佳實施例，所述混響室的最低使用頻率為1GHz；所述混響室的場均勻區(qū)域不小于30cm×30cm×20cm、且場均勻性小于2dB。作為本發(fā)明的最佳實施例，所述工作頻率的范圍是1GHz-18GHz，工作場強幅度的范圍是10V/m-1000V/m。

混響室采取步進攪拌方式(即水平攪拌器和/或垂直攪拌器在一個攪拌周期內(nèi)劃分為N個攪拌步進進行旋轉(zhuǎn))，攪拌步進數(shù)為N。旋轉(zhuǎn)步進方式為：

固定垂直攪拌器、旋轉(zhuǎn)水平攪拌器的方式，水平攪拌器在一個攪拌周期內(nèi)攪拌步進數(shù)為N；或者固定水平攪拌器、旋轉(zhuǎn)垂直攪拌器的方式，垂直攪拌器在一個攪拌周期內(nèi)攪拌步進數(shù)為N；

需要說明的是，只使用垂直攪拌器、或只使用水平攪拌器完成一個攪拌周期，垂直攪拌器或水平攪拌器旋轉(zhuǎn)一周為360°，等分為N個攪拌步進，每步旋轉(zhuǎn)360°/N。

旋轉(zhuǎn)過程中還可以采取垂直攪拌器旋轉(zhuǎn)一周內(nèi)攪拌步進數(shù)為K、水平攪拌器旋轉(zhuǎn)一周內(nèi)攪拌步進數(shù)為M的方式，完成一個攪拌周期，其中K×M＝N。

圖3為接收機與混響室內(nèi)接收天線連接示意圖。所述信號接收系統(tǒng)包含接收機、電纜、過壁接頭；所述電纜用于連接所述接收天線和所述接收機；所述過壁接頭用于使電纜穿通所述混響室腔體壁時保持混響室屏蔽完整；所述接收機用于測量和顯示接收功率。進一步優(yōu)選地，所述信號接收系統(tǒng)還包含衰減器；所述衰減器用于對電纜傳送的功率衰減后輸入所述接收機。

接收機輸入端口與混響室輸出端口、接收天線端口和混響室內(nèi)部連接電纜之間由于阻抗失配會產(chǎn)生反射。如圖3所示。利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀分別測量平面1處接收機端口處(混響室輸出端口至接收機)的反射系數(shù)Γ_Meter、平面1和平面2之間電纜(電纜與混響室輸出接頭)的S參數(shù)、平面2處輸入端口(包括電纜、混響室過壁接頭、衰減器以及接收機的輸入端口)的反射系數(shù)Γ_CAS以及接收天線在自由空間的端口反射系數(shù)Γ_ANT。按照公式3-4分別計算平面1和平面2處的修正系數(shù)η₁和η₂

式中，η₁為平面1端口連接處阻抗失配的修正值；S_ij為電纜與混響室過壁接頭兩端的S參數(shù)，其中i＝1或2，j＝1或2；Γ_Meter為從接收機接衰減器后平面1端口處的反射系數(shù)。

η₂＝|1-Γ_CASΓ_ANT| 公式⁴

式中，η₂為平面2端口連接處阻抗失配的修正值；Γ_CAS為接收機連接衰減器、過壁接頭以及電纜在平面2端口的反射系數(shù)；Γ_ANT為天線端口處的反射系數(shù)。

根據(jù)接收機測量功率P_Meas、修正值η₁和η₂，按照公式5計算出單個攪拌步進下接收天線口面的接收功率P_i；

式中，P_i為單個攪拌步進下接收天線口面的接收功率；IL為電纜及衰減器的衰減值；η_ant為接收天線的效率，接收天線的效率是由接收天線的型號確定的，例如，喇叭天線一般為0.9。

圖4為本發(fā)明的高強度場傳感器校準(zhǔn)方法流程示意圖。

本發(fā)明實施例還提出一種高強度場傳感器校準(zhǔn)方法，用于本發(fā)明任一實施例所述高強度場傳感器校準(zhǔn)系統(tǒng)，包括以下步驟：

步驟11、將被校準(zhǔn)的場傳感器置于所述混響室的場均勻區(qū)域內(nèi)，并與混響室外的場強計連接。

步驟12、調(diào)整信號發(fā)生系統(tǒng)，使發(fā)射天線按照待校準(zhǔn)工作頻率和工作場強幅度向所述混響室內(nèi)輻射電磁波。

按照儀器設(shè)備說明書進行開機預(yù)熱，使其處于正常工作狀態(tài)。調(diào)解信號發(fā)生器的輸出頻率為待校頻率，輸出幅度至待校幅度。

步驟13、設(shè)定所述水平攪拌器和垂直攪拌器在一個攪拌周期內(nèi)的步進數(shù)，計為N。

混響室采取步進攪拌方式(即水平攪拌器和/或垂直攪拌器在一個攪拌周期內(nèi)均勻劃分為N個攪拌步進進行旋轉(zhuǎn))，攪拌步進數(shù)為N。

旋轉(zhuǎn)步進方式為：固定垂直攪拌器、旋轉(zhuǎn)水平攪拌器的方式，水平攪拌器在一個攪拌周期內(nèi)攪拌步進數(shù)為N；或者固定水平攪拌器、旋轉(zhuǎn)垂直攪拌器的方式，垂直攪拌器在一個攪拌周期內(nèi)攪拌步進數(shù)為N；需要說明的是，只使用垂直攪拌器、或只使用水平攪拌器完成一個攪拌周期，垂直攪拌器或水平攪拌器旋轉(zhuǎn)一周為360°，等分為N個攪拌步進，每步旋轉(zhuǎn)360°/N。

旋轉(zhuǎn)過程中還可以采取垂直攪拌器旋轉(zhuǎn)一周內(nèi)攪拌步進數(shù)為K、水平攪拌器旋轉(zhuǎn)一周內(nèi)攪拌步進數(shù)為M的方式，完成一個攪拌周期，其中K×M＝N。

步驟14、每步進一次，測量所述場傳感器的接收場強值，最后得到在一個攪拌周期內(nèi)所述場傳感器接收的平均場強值

其中E_i為第i次步進時所述場傳感器的接收場強值。

步驟15、每步進一次，測量所述接收天線的口面接收功率，最后得到在一個攪拌周期內(nèi)所述接收天線接收的平均場強值

其中P_i是第i次步進時所述接收天線的接收場強值；λ為電磁波波長(m)。

為了計算第i次步進時所述接收天線的接收場強值P_i，在步驟15中進一步包含以下步驟：

步驟151、每步進一次，利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀分別測量混響室輸出端口至接收機(平面1處接收機端口)的反射系數(shù)Γ_Meter、電纜與混響室輸出接頭(平面1和平面2之間電纜)的S參數(shù)、包括電纜、混響室過壁接頭、衰減器以及接收機的輸入端口(平面2處輸入端口)的反射系數(shù)Γ_CAS以及接收天線在自由空間的端口反射系數(shù)Γ_ANT。如圖3所示。按照公式3、4分別計算出修正系數(shù)η₁和η₂；

需要說明的是，當(dāng)所述混響室內(nèi)的場強幅度在工作范圍內(nèi)調(diào)整時，調(diào)整衰減器的衰減量，使接收機接收功率落入接收機工作范圍。衰減量變化會導(dǎo)致修正系數(shù)η₁和η₂的值發(fā)生變化，而且與工作頻率有關(guān)。作為一個例子，表1列出了連接不同衰減器時的修正系數(shù)。

表1連接不同衰減器時失配修正系數(shù)

步驟152、每步進一次，根據(jù)接收機測量功率P_Meas、線纜損耗IL以及失配修正系數(shù)η₁、η₂和η_ant，按照公式5計算出接收天線的口面接收功率P_i。

步驟16、所述接收天線接收的平均場強值與所述場傳感器接收的平均場強值相比較，得到所述場傳感器的場強修正因子

式中，k為被校準(zhǔn)場傳感器的場強修正因子。

需要說明的是，本方法不同于微波毫米波標(biāo)準(zhǔn)場法。對于混響室內(nèi)的場強分布，其在一個攪拌周期內(nèi)的平均場強和平均接收功率具有一定的統(tǒng)計特性，該統(tǒng)計特性對于單個位置的場強和接收功率并不適用。因此，需要對一個攪拌周期內(nèi)的平均場強進行定標(biāo)，校準(zhǔn)過程中也是采取在一個攪拌周期內(nèi)對場傳感器的平均值進行校準(zhǔn)。然而，微波毫米波標(biāo)準(zhǔn)場法是在全電波暗室中產(chǎn)生一個標(biāo)準(zhǔn)場，然后將待校場傳感器置于標(biāo)準(zhǔn)場中完成場傳感器的校準(zhǔn)。

優(yōu)選地，本發(fā)明所述高強度場傳感器校準(zhǔn)方法中所述場傳感器與所述接收天線的天線口徑之間的距離不小于0.075米。

優(yōu)選地，本發(fā)明所述高強度場傳感器校準(zhǔn)方法中，N≥250?？梢岳斫?，在一個攪拌周期內(nèi)，所述水平攪拌器在0°～360°范圍內(nèi)步進數(shù)為M；所述垂直攪拌器在0°～360°范圍內(nèi)步進數(shù)為K；有M×K≥250。

作為本發(fā)明的最佳實施例，所述工作頻率的范圍是1GHz-18GHz，工作場強幅度的范圍是10V/m-1000V/m。

本發(fā)明高場強環(huán)境下場傳感器校準(zhǔn)方法和系統(tǒng)是利用混響室建立一套高場強產(chǎn)生環(huán)境，通過對基于混響室的高場強定標(biāo)完成場傳感器的校準(zhǔn)?；祉懯冶旧硎抢弥C振腔原理，通過攪拌器的旋轉(zhuǎn)改變混響室內(nèi)的場強分布，在工作區(qū)域內(nèi)實現(xiàn)統(tǒng)計均勻的場強分布，混響室具有輸入合適功率即能產(chǎn)生較高場強的優(yōu)勢。可有效地解決場強范圍200V/m以上的場傳感器校準(zhǔn)。

還需要說明的是，術(shù)語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、商品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、商品或者設(shè)備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、商品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。

以上所述僅為本申請的實施例而已，并不用于限制本申請。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，本申請可以有各種更改和變化。凡在本申請的精神和原理之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本申請的權(quán)利要求范圍之內(nèi)。