本發(fā)明涉及電磁場傳感器校準(zhǔn)領(lǐng)域。更具體地，涉及一種基于混響室和傳遞探頭的電磁場傳感器校準(zhǔn)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

場強是無線電的基本參數(shù)之一，電磁場傳感器是測量場強的常用設(shè)備。標(biāo)準(zhǔn)場強環(huán)境的研建及電磁場傳感器的校準(zhǔn)一直是國內(nèi)外計量機構(gòu)的一個發(fā)展方向。由于電磁場傳感器使用的數(shù)量多，因此如何提高電磁場傳感器校準(zhǔn)效率，降低電磁場傳感器校準(zhǔn)成本成為電磁場傳感器的校準(zhǔn)技術(shù)的發(fā)展方向之一。

傳統(tǒng)的電磁場傳感器校準(zhǔn)國際上依據(jù)的主要標(biāo)準(zhǔn)是國際電氣電子工程師協(xié)會(IEEE)電磁兼容分會頒布的IEEE Std 1309-2005《IEEE Standard for calibration of electromagnetic field sensors and probes,excluding antennas,from 9kHz to 40GHz》。該標(biāo)準(zhǔn)在不同頻段對不同場強類型和作用域描述了九種場強產(chǎn)生方法，為電磁場傳感器的校準(zhǔn)提供了標(biāo)準(zhǔn)場強環(huán)境。1GHz～40GHz頻段電磁場傳感器的校準(zhǔn)通常采用包括角錐喇叭天線的微波暗室，該校準(zhǔn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

該方法將微波信號通過角錐喇叭天線在微波暗室中生成標(biāo)準(zhǔn)電磁場強環(huán)境，實現(xiàn)電磁場強傳感器的校準(zhǔn)。在實際使用中該方法存在著諸多不便。首先為了實現(xiàn)1GHz～18GHz頻段電磁場傳感器的校準(zhǔn)，需要使用八個不同的角錐喇叭天線覆蓋全頻段，更換天線帶來了操作上的繁瑣與不便；其次為了實現(xiàn)200V/m場強環(huán)境下電磁場傳感器的校準(zhǔn)，需要使用200W功率放大器；最后該方法必須在性能優(yōu)良的微波暗室中進(jìn)行。綜合如上因素，使用包括角錐喇叭天線的微波暗室進(jìn)行電磁場傳感器的校準(zhǔn)，既不方便，成本又高。

因此，需要提供一種基于混響室和傳遞探頭的電磁場傳感器校準(zhǔn)系統(tǒng)，以實現(xiàn)高效低成本的對電磁場傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的一個技術(shù)問題是提供一種基于混響室和傳遞探頭的電磁場傳感器校準(zhǔn)系統(tǒng)，以實現(xiàn)高效低成本的對電磁場傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：

本發(fā)明公開了一種基于混響室和傳遞探頭的電磁場傳感器校準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括：

混響室；

置于所述混響室內(nèi)工作區(qū)域連接有場強計的傳遞探頭；

位于所述混響室內(nèi)的攪拌器和發(fā)射天線；和

位于所述混響室外與所述發(fā)射天線連接的電磁場信號發(fā)生裝置。

優(yōu)選地，所述電磁場信號發(fā)生裝置包括依次連接的信號發(fā)生器、功率放大器和功率監(jiān)測子系統(tǒng)，所述功率監(jiān)測子系統(tǒng)與所述發(fā)射天線連接。

優(yōu)選地，所述功率監(jiān)測子系統(tǒng)包括定向耦合器、衰減器、功率計或功率敏感器，所述定向耦合器與所述功率放大器和所述發(fā)射天線分別連接。

優(yōu)選地，所述攪拌器旋轉(zhuǎn)一周的步進(jìn)數(shù)不小于250次。

優(yōu)選地，所述功率放大器的輸出功率為20W時，在所述混響室中產(chǎn)生的場強為200V/m以上。

優(yōu)選地，所述傳遞探頭的總場強為

其中，為攪拌器攪拌一周的傳遞探頭的平均總場，為攪拌器攪拌一周的傳遞探頭的每個軸向的平均場強；

所述待校準(zhǔn)的電磁場傳感器的總場強為

其中，為攪拌器攪拌一周的待校準(zhǔn)的電磁場傳感器的平均總場，為攪拌器攪拌一周的待校準(zhǔn)的電磁場傳感器的每個軸向的平均場強；

因此，待校準(zhǔn)的電磁場傳感器的場強修正因子為

優(yōu)選地，所述傳遞探頭為經(jīng)過微波暗室校準(zhǔn)過的傳遞探頭。

優(yōu)選地，所述混響室的長、寬和高不超過2m。

優(yōu)選地，所述系統(tǒng)的頻段覆蓋范圍為1GHz～18GHz，場強幅度覆蓋范圍為5V/m～200V/m。

本發(fā)明的有益效果如下：

本發(fā)明基于混響室技術(shù)，使用寬帶喇叭天線代替角錐喇叭天線，提高工作效率，使用混響室代替微波暗室，可以使用20W的功率放大器在最長邊不超過2米的混響室中產(chǎn)生200V/m的場強環(huán)境，而不需要使用微波暗室和200W功率放大器，能夠降低校準(zhǔn)成本，同時，使用傳遞探頭法可以將電磁場傳感器的校準(zhǔn)結(jié)果溯源至微波暗室中的標(biāo)準(zhǔn)場強環(huán)境，實現(xiàn)電磁場傳感器校準(zhǔn)的溯源，保證電磁場傳感器校準(zhǔn)的準(zhǔn)確性。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

圖1示出現(xiàn)有技術(shù)中包括角錐喇叭天線的微波暗室電磁場傳感器校準(zhǔn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2示出本發(fā)明一種基于混響室和傳遞探頭的電磁場傳感器校準(zhǔn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

為了更清楚地說明本發(fā)明，下面結(jié)合優(yōu)選實施例和附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。附圖中相似的部件以相同的附圖標(biāo)記進(jìn)行表示。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，下面所具體描述的內(nèi)容是說明性的而非限制性的，不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

如圖2所示，本發(fā)明公開了一種基于混響室和傳遞探頭的電磁場傳感器校準(zhǔn)系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：混響室、連接有場強計的傳遞探頭、攪拌器和發(fā)射天線和電磁場信號發(fā)生裝置。所述系統(tǒng)的頻段覆蓋范圍為1GHz～18GHz或更寬，場強幅度覆蓋范圍為5V/m～200V/m或更大。

所述混響室優(yōu)選為高Q值的金屬腔體，其長、寬和高優(yōu)選的一般不超過2m。

所述連接有場強計的傳遞探頭和待校準(zhǔn)的電磁場傳感器置于所述混響室內(nèi)工作區(qū)域，所述傳遞探頭為經(jīng)過微波暗室校準(zhǔn)過的傳遞探頭。

所述攪拌器和發(fā)射天線位于所述混響室內(nèi)。所述攪拌器旋轉(zhuǎn)一周的步進(jìn)數(shù)優(yōu)選一般不小于250次。

所述電磁場信號發(fā)生裝置位于所述混響室外與所述發(fā)射天線連接。所述電磁場信號發(fā)生裝置可包括依次連接的信號發(fā)生器、功率放大器和功率監(jiān)測子系統(tǒng)，所述功率監(jiān)測子系統(tǒng)與所述發(fā)射天線連接。所述功率監(jiān)測子系統(tǒng)可包括定向耦合器、衰減器、功率計或功率敏感器，所述定向耦合器與所述功率放大器和所述發(fā)射天線分別連接。所述功率放大器的輸出功率在20W以下，在所述混響室中產(chǎn)生的場強可達(dá)到200V/m。

在本實施例中，混響室的大小為1.5m×1m×0.8m，由于混響室內(nèi)的電磁場分布較為復(fù)雜，所以需要采用統(tǒng)計的方法進(jìn)行分析，并需要將場強溯源至微波暗室的標(biāo)準(zhǔn)場強中。采集在混響室中攪拌器攪拌一周，即步進(jìn)250步時不同場強需要的輸入功率，采集結(jié)果如表1所示

表1不同頻率下混響室內(nèi)產(chǎn)生不同場強幅度所需的輸入功率

對于混響室，在一個攪拌周期內(nèi)的平均場強具有一定的統(tǒng)計特性，這個統(tǒng)計特性對于單個攪拌位置并不適用，也不具有任何意義。因此在實際操作時需要將混響室攪拌器以一定步進(jìn)角旋轉(zhuǎn)一周，每個角度紀(jì)錄傳遞探頭和待校準(zhǔn)的電磁場傳感器每個軸向的場強結(jié)果。攪拌器旋轉(zhuǎn)一周后計算傳遞探頭和待校準(zhǔn)的電磁場傳感器每個軸向的場強結(jié)果的平均值，本實施例中，攪拌器旋轉(zhuǎn)一周的步進(jìn)次數(shù)為250步，選取250步進(jìn)為實際測量的步進(jìn)數(shù)，通過不同步數(shù)測量的混響室內(nèi)的場強如表2所示，當(dāng)步數(shù)取250步以上時，場強趨于穩(wěn)定。

表2不同攪拌步進(jìn)下的場強計算結(jié)果

利用混響室開展對待校準(zhǔn)的電磁場傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)時，校準(zhǔn)過程中傳遞探頭和被校準(zhǔn)電磁場傳感器應(yīng)同時置于校準(zhǔn)區(qū)域內(nèi)。

由此，計算所述傳遞探頭的總場強為

其中，為攪拌器攪拌一周的傳遞探頭的平均總場，為攪拌器攪拌一周的傳遞探頭的每個軸向的平均場強；

所述待校準(zhǔn)的電磁場傳感器的總場強為

其中，為攪拌器攪拌一周的待校準(zhǔn)的電磁場傳感器的平均總場，為攪拌器攪拌一周的待校準(zhǔn)的電磁場傳感器的每個軸向的平均場強；

因此，待校準(zhǔn)的電磁場傳感器的場強修正因子為

根據(jù)待校準(zhǔn)的電磁場傳感器的場強修正因子和經(jīng)過微波暗室校準(zhǔn)過的傳遞探頭可將電磁場傳感器的校準(zhǔn)結(jié)果溯源至微波暗室中的標(biāo)準(zhǔn)場強環(huán)境，實現(xiàn)電磁場傳感器校準(zhǔn)的溯源，保證電磁場傳感器校準(zhǔn)的準(zhǔn)確性。

為了驗證該方法的可行性，在微波暗室標(biāo)準(zhǔn)場強及混響室中測量同一電磁場傳感器，測量結(jié)果如表3所示。表中數(shù)據(jù)表明，電磁場傳感器在混響室中和微波場強標(biāo)準(zhǔn)中的結(jié)果最大偏差為0.76dB，在微波暗室標(biāo)準(zhǔn)場強不確定度為1.1dB，因此，采用本發(fā)明對電磁場傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)具有很高的準(zhǔn)確性。

表3電磁場傳感器在混響室中和微波場強標(biāo)準(zhǔn)中的測試結(jié)果

綜上所述，本發(fā)明提出了一種基于混響室和傳遞探頭進(jìn)行電磁場傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)的校準(zhǔn)系統(tǒng)。該系統(tǒng)建立在現(xiàn)有的微波暗室場強標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，需要使用在微波暗室場強標(biāo)準(zhǔn)中校準(zhǔn)的傳遞探頭。與傳統(tǒng)方法相比，以寬帶天線代替角錐喇叭天線，以混響室代替微波暗室，以小功率放大器代替大功率放大器實現(xiàn)同樣幅度的場強環(huán)境，具有高效低成本的優(yōu)點。該方法覆蓋1GHz～18GHz頻段或更寬，場強幅度覆蓋5V/m～200V/m或更高。

顯然，本發(fā)明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的實施方式的限定，對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動，這里無法對所有的實施方式予以窮舉，凡是屬于本發(fā)明的技術(shù)方案所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之列。