本發(fā)明涉及實(shí)際建筑材料的電磁反射和透射特性測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于無(wú)線通信信道建模中材料電磁特性測(cè)量的拱形支架。

背景技術(shù)：

室內(nèi)無(wú)線通信環(huán)境的特點(diǎn)是傳輸功率較小，覆蓋距離更近，環(huán)境的變化更大。對(duì)于不同的建筑物而言，電磁波的反射、繞射、衍射、折射(透射)、和散射情況與室內(nèi)物品的布局、材料結(jié)構(gòu)、建筑物尺度等因素密切相關(guān)。在無(wú)線信道建模中，對(duì)于統(tǒng)計(jì)模型，往往需要了解在典型環(huán)境下不同場(chǎng)景電磁波通過(guò)建筑材料的穿透損耗；對(duì)于確定性模型，則是通過(guò)數(shù)值計(jì)算的方法求解麥克斯韋方程組來(lái)描述室內(nèi)無(wú)線電波傳播。目前廣泛采用的射線跟蹤技術(shù)就是一種確定性建模方法，其計(jì)算過(guò)程中往往需要知道材料的介質(zhì)特性參數(shù)(導(dǎo)磁率μ、導(dǎo)電率σ、介電常數(shù)ε)。相比理想均勻材料的介質(zhì)特性參數(shù)，導(dǎo)入實(shí)測(cè)的建筑材料特性參數(shù)可以更準(zhǔn)確地描述實(shí)際的電波傳播規(guī)律。

目前已有的材料特性測(cè)量方案中所存在的主要問(wèn)題有：

1、在未來(lái)第五代移動(dòng)通信(5g)中，由于毫米波頻段通信的應(yīng)用，不同入射角造成的穿透損耗有可能存在差異，此外在測(cè)量材料反射特性時(shí)需要在保持距離不變的情況下不斷改變收發(fā)天線的入射角和反射角，而現(xiàn)有的基于三角架的測(cè)量方案無(wú)法通過(guò)簡(jiǎn)易方便的調(diào)整來(lái)準(zhǔn)確固定測(cè)量距離、調(diào)節(jié)角度、和改變極化，因此很難準(zhǔn)確反映毫米波傳播時(shí)的角度特性。

2、由于實(shí)際電波傳播環(huán)境的復(fù)雜性，傳統(tǒng)的穿透損耗測(cè)量方案只能用于特定場(chǎng)景(如，微波暗室)和特定材料(如，訂制的理想化材料)，無(wú)法應(yīng)用于實(shí)際的建筑材料測(cè)量中。

3、天線支架材料本身的電磁特性不理想，可能會(huì)影響電磁波在測(cè)量范圍內(nèi)傳播機(jī)制的改變。

因此，有必要針對(duì)上述問(wèn)題，設(shè)計(jì)便于靈活準(zhǔn)確定位距離和調(diào)節(jié)角度、可移動(dòng)和拆卸重組、電磁散射影響小、堅(jiān)固的非金屬材料支架，用于無(wú)線通信信道建模中建筑材料電磁特性的高精度測(cè)量系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種用于無(wú)線通信信道建模中材料電磁特性測(cè)量的拱形支架，在不改變?cè)械慕ㄖ牧咸匦詼y(cè)量系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了便于靈活準(zhǔn)確定位距離和調(diào)節(jié)角度、可移動(dòng)和拆卸重組、電磁散射影響小、堅(jiān)固的非金屬材料拱形支架；從根本上解決了無(wú)線通信信道建模中建筑材料電磁特性測(cè)量中，以前不能靈活準(zhǔn)確定位距離和調(diào)節(jié)角度的問(wèn)題；該靈巧拱形支架適用于安放不同類(lèi)型的天線；其半圓形天線滑軌可移動(dòng)、可方便拆卸和重組，靈活用于不同建筑材料特性的研究中(如：地面、天花板、桌子、門(mén)、玻璃、墻體等)。此外，采用玻璃鋼(學(xué)名，玻璃纖維增強(qiáng)塑料)作為底座和支架，具有超低微波散射、高強(qiáng)度、耐腐蝕、絕緣等特點(diǎn)；本發(fā)明有效地提高了測(cè)量準(zhǔn)確度和工作效率。

本發(fā)明一種用于無(wú)線通信信道建模中材料電磁特性測(cè)量的拱形支架，包括底座、支架體、半圓形滑軌、滑塊、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)；

所述支架體為2支，均設(shè)置于所述底座上，與所述底座固定連接或可拆卸連接；

所述半圓形滑軌的兩端分別設(shè)置于2支所述支架體上，所述半圓形滑軌可以繞其直徑旋轉(zhuǎn)；所述半圓形滑軌上設(shè)置有刻度，所述刻度單位為調(diào)節(jié)入射角和反射角的角度步長(zhǎng)；

所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)用于驅(qū)動(dòng)所述半圓形滑軌繞軸旋轉(zhuǎn)；

所述滑塊設(shè)置于所述半圓形滑軌上，所述滑塊上設(shè)置有鎖緊機(jī)構(gòu)。

進(jìn)一步的，所述底座底部安裝有滑輪。

進(jìn)一步的，所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)為組合滾輪軸承，所述組合滾輪軸承包括主滾輪和側(cè)滾輪，分別固定在2支所述支架體上，所述主滾輪設(shè)置有手柄，用于將所述半圓形滑軌手動(dòng)搖起至水平位置。

進(jìn)一步的，所述滑塊的數(shù)量為2個(gè)，分別用于固定放置收、發(fā)天線。

進(jìn)一步的，所述滑塊上設(shè)置有方便天線與射頻電纜連接的插口。

進(jìn)一步的，所述底座的材質(zhì)為玻璃纖維增強(qiáng)塑料鋼；所述半圓形滑軌的材質(zhì)為酚醛膠木板；所述滑塊的材質(zhì)為聚四氟乙烯塑料。

進(jìn)一步的，所述支架體的高度為1420mm；所述半圓形滑軌在所述支架體上水平放置時(shí)高度為1480mm；所述半圓形滑軌的半徑為1000mm。

進(jìn)一步的，所述滑塊在所述半圓形滑軌上可調(diào)節(jié)的入射角度為0°到75°。

進(jìn)一步的，所述底座、支架體、半圓形滑軌、滑塊相互之間通過(guò)聚四氟乙烯塑料螺絲連接固定。

進(jìn)一步的，所述刻度單位為1°。

本發(fā)明的有益效果為：

1、本靈巧拱形支架可靈活準(zhǔn)確固定天線距離、調(diào)節(jié)天線角度、和改變天線極化，保證天線與待測(cè)建筑材料(地面、天花板、桌子、門(mén)、玻璃、墻體等)表面相垂直；

2、本靈巧拱形支架可靈活移動(dòng)、拆卸和重組，便于放置在不同的建筑材料表面進(jìn)行測(cè)量；

3、通過(guò)設(shè)計(jì)兩個(gè)相同的靈巧拱形支架，分別放置在待測(cè)材料兩側(cè)，可用于測(cè)量不同入射角度下材料的透射特性；

4、本靈巧拱形支架尺寸上滿(mǎn)足電磁波遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)量要求；

5、本靈巧拱形支架所有材料的電磁散射影響小，滿(mǎn)足毫米波段無(wú)線通信信道建模中建筑材料電磁特性的高精度測(cè)量要求。

附圖說(shuō)明

圖1所示為本發(fā)明實(shí)施例拱形支架整體結(jié)構(gòu)示意圖(正視圖)。

圖2所示為本發(fā)明實(shí)施例拱形支架整體結(jié)構(gòu)示意圖(俯視圖)。。

其中：1-底座、2-支架體、3-半圓形滑軌、4-滑塊、5-組合滾輪軸承。

具體實(shí)施方式

下文將結(jié)合具體附圖詳細(xì)描述本發(fā)明具體實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)注意的是，下述實(shí)施例中描述的技術(shù)特征或者技術(shù)特征的組合不應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是孤立的，它們可以被相互組合從而達(dá)到更好的技術(shù)效果。在下述實(shí)施例的附圖中，各附圖所出現(xiàn)的相同標(biāo)號(hào)代表相同的特征或者部件，可應(yīng)用于不同實(shí)施例中。

如圖1-2所示，本發(fā)明實(shí)施例一種用于無(wú)線通信信道建模中材料電磁特性測(cè)量的拱形支架，其特征在于，包括底座、支架體、半圓形滑軌、滑塊、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)；

所述支架體為2支，均設(shè)置于所述底座上，與所述底座固定連接或可拆卸連接；

所述半圓形滑軌的兩端分別設(shè)置于2支所述支架體上，所述半圓形滑軌可以繞其直徑旋轉(zhuǎn)；所述半圓形滑軌上設(shè)置有刻度，所述刻度單位為調(diào)節(jié)入射角和反射角的角度步長(zhǎng)；所述刻度單位為1°；

所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)用于驅(qū)動(dòng)所述半圓形滑軌繞軸旋轉(zhuǎn)；

所述滑塊設(shè)置于所述半圓形滑軌上，用于固定天線，便于調(diào)節(jié)天線的極化方向，所述滑塊上設(shè)置有鎖緊機(jī)構(gòu)；所述鎖緊機(jī)構(gòu)為2個(gè)鎖緊手輪，用于固定滑塊4，防止滑塊4在測(cè)量過(guò)程中與半圓形滑軌3發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)；所述滑塊上還設(shè)置有插口，以方便天線與射頻電纜的連接。

所述底座底部安裝有滑輪，便于拱形支架整體移動(dòng)；豎直墻體測(cè)試過(guò)程中需要將底座1卸去，保證半圓形滑軌3的直徑與待測(cè)材料表面貼合，整體垂直于墻面。

所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)才采取現(xiàn)有技術(shù)中的任何方式，例如可以為組合滾輪軸承，所述組合滾輪軸承包括主滾輪和側(cè)滾輪，分別固定在2支所述支架體上，所述主滾輪設(shè)置有手柄，用于將所述半圓形滑軌手動(dòng)搖起至水平位置。當(dāng)半圓形滑軌處于水平位置時(shí)，為保持平衡，可增加與支架體2相同高度的聚四氟乙烯塑料支架，保證半圓形滑軌3在水平搖起時(shí)受力均勻。

一般的，所述滑塊的數(shù)量為2個(gè)，分別用于固定放置收、發(fā)天線。

優(yōu)選的，所述底座的材質(zhì)為玻璃纖維增強(qiáng)塑料鋼；所述半圓形滑軌的材質(zhì)為酚醛膠木板；所述滑塊的材質(zhì)為聚四氟乙烯塑料；上述材料的選用確保拱形支架在測(cè)量中極低的電磁散射影響。

所述底座、支架體、半圓形滑軌、滑塊相互之間通過(guò)聚四氟乙烯塑料螺絲連接固定，方便拆卸，并且消除其在測(cè)量環(huán)境內(nèi)對(duì)電磁波傳播的影響。

在毫米波頻段材料反射和透射特性測(cè)量中，半圓形滑軌3的尺寸設(shè)計(jì)滿(mǎn)足遠(yuǎn)場(chǎng)條件；優(yōu)選的，所述支架體的高度為1420mm；所述半圓形滑軌在所述支架體上水平放置時(shí)高度為1480mm；所述半圓形滑軌的半徑為1000mm。

由于滑塊4的尺寸限制，所述滑塊在所述半圓形滑軌上可調(diào)節(jié)的入射角度難以達(dá)到0°到90°，在本優(yōu)選實(shí)施例中，達(dá)到0°到75°，已完全可以滿(mǎn)足無(wú)線通信信道建模中材料電磁特性測(cè)量的實(shí)際需求。

本發(fā)明的具體應(yīng)用：

應(yīng)用一：材料反射特性測(cè)量

通過(guò)使用1個(gè)本發(fā)明實(shí)施例中的拱形支架，在半圓形滑軌3上安置兩個(gè)滑塊4，分別固定收、發(fā)天線，可以實(shí)現(xiàn)5g毫米波頻段材料反射特性的測(cè)量。反演得到的材料介質(zhì)參數(shù)可用于電波傳播的射線跟蹤仿真，從而建立無(wú)線通信信道模型。

本應(yīng)用采用基于矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀(vna)的材料反射特性的測(cè)量系統(tǒng)；在測(cè)量開(kāi)始前首先對(duì)vna進(jìn)行內(nèi)部校準(zhǔn)，然后配置相關(guān)參數(shù)，包括輸出功率、掃頻范圍、掃頻點(diǎn)數(shù)、掃頻次數(shù)或時(shí)間、分辨率帶寬等。通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)組合滾輪軸承5將半圓形滑軌3轉(zhuǎn)至水平位置，保證與待測(cè)材料表面垂直，并分別將兩個(gè)相同的高增益喇叭天線以相同極化安裝在兩個(gè)滑塊4上。其中發(fā)射天線通過(guò)射頻同軸電纜連接至vna的a端口，接收天線連接至vna的b端口。調(diào)節(jié)滑塊4使得天線的入射角和反射角相等，并通過(guò)控制vna記錄所測(cè)參數(shù)s21的值。每完成一個(gè)角度的測(cè)量后，以固定的步長(zhǎng)(5°)調(diào)節(jié)兩個(gè)滑塊4，得到所有角度的測(cè)量結(jié)果。改變兩個(gè)天線的極化方向，重復(fù)上述步驟依次完成垂直/平行極化的測(cè)量。最后通過(guò)每個(gè)角度情況下所記錄得到的s21值反演出建筑材料的介質(zhì)參數(shù)。

應(yīng)用二：材料透射特性測(cè)量

通過(guò)使用2個(gè)本發(fā)明實(shí)施例中的拱形支架，該2個(gè)拱形支架對(duì)稱(chēng)布置于待測(cè)材料的兩側(cè)；對(duì)于每個(gè)拱形支架，分別在兩個(gè)半圓形滑軌3上安置兩個(gè)滑塊4，并固定收、發(fā)天線，可以實(shí)現(xiàn)5g毫米波頻段材料透射特性的測(cè)量。測(cè)量結(jié)果一方面可以用于反演材料的介質(zhì)參數(shù)并和實(shí)例一中結(jié)果相互驗(yàn)證；另一方面可以得到不同材料的穿透損耗，直接應(yīng)用于毫米波頻段無(wú)線通信信道建模中。

本應(yīng)用采用基于矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀(vna)和擴(kuò)展信號(hào)源的材料透射特性的測(cè)量系統(tǒng)。在測(cè)量開(kāi)始前首先對(duì)vna進(jìn)行內(nèi)部校準(zhǔn)，然后通過(guò)無(wú)線路由器將vna和信號(hào)源連接在一個(gè)局域網(wǎng)內(nèi)，并將外擴(kuò)信號(hào)源作為vna的附屬設(shè)備，以增大測(cè)試系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍和測(cè)試距離。根據(jù)測(cè)量需求配置相關(guān)參數(shù)，包括輸出功率、掃頻范圍、掃頻點(diǎn)數(shù)、掃頻次數(shù)或時(shí)間、分辨率帶寬等。通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)兩個(gè)組合滾輪軸承5將半圓形滑軌3調(diào)節(jié)至水平位置，保證兩個(gè)滑軌3水平并與待測(cè)材料表面垂直。分別將兩個(gè)相同的高增益喇叭天線以相同極化安裝在兩個(gè)滑軌3的滑塊4上，并在測(cè)量過(guò)程中始終保持收發(fā)天線的角度相同。其中發(fā)射天線通過(guò)射頻同軸電纜連接至vna的1端口，接收天線連接至vna的2端口，通過(guò)控制vna記錄所測(cè)參數(shù)s21的值。由于材料厚度的影響，電磁波穿過(guò)材料內(nèi)部時(shí)，會(huì)發(fā)生一定的平移，因此在改變?nèi)肷浣堑耐瑫r(shí)，接收端所在的支架需要在水平方向上進(jìn)行平移滑動(dòng)，保證最大的接收功率。最后通過(guò)每個(gè)角度情況下所記錄得到的s21值可以直接得到建筑材料的穿透損耗，對(duì)于衰減較小的材料可以反演出建筑材料的介質(zhì)參數(shù)并與實(shí)例一中得到的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。

本發(fā)明的有益效果為：

1、本靈巧拱形支架可靈活準(zhǔn)確固定天線距離、調(diào)節(jié)天線角度、和改變天線極化，保證天線與待測(cè)建筑材料(地面、天花板、桌子、門(mén)、玻璃、墻體等)表面相垂直；

2、本靈巧拱形支架可靈活移動(dòng)、拆卸和重組，便于放置在不同的建筑材料表面進(jìn)行測(cè)量；

3、通過(guò)設(shè)計(jì)兩個(gè)相同的靈巧拱形支架，分別放置在待測(cè)材料兩側(cè)，可用于測(cè)量不同入射角度下材料的透射特性；

4、本靈巧拱形支架尺寸上滿(mǎn)足電磁波遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)量要求；

5、本靈巧拱形支架所有材料的電磁散射影響小，滿(mǎn)足毫米波段無(wú)線通信信道建模中建筑材料電磁特性的高精度測(cè)量要求。

本文雖然已經(jīng)給出了本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施例，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本發(fā)明精神的情況下，可以對(duì)本文的實(shí)施例進(jìn)行改變。上述實(shí)施例只是示例性的，不應(yīng)以本文的實(shí)施例作為本發(fā)明權(quán)利范圍的限定。