一種短波發(fā)射天線輻射效率自動監(jiān)測方法及監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種應(yīng)用于短波發(fā)射天線輻射效率自動監(jiān)測的技 術(shù)，具體的是涉及一種短波發(fā)射天線輻射效率自動監(jiān)測方法及監(jiān)測系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 短波發(fā)信臺站的通信任務(wù)非常繁重，發(fā)射天線系統(tǒng)應(yīng)時刻具有良好的狀態(tài)，因此， 經(jīng)常需要對發(fā)射天線系統(tǒng)的健康狀態(tài)進行巡檢。很多短波發(fā)信臺站處在山區(qū)、郊區(qū)，交通不 便，發(fā)信臺站的天線系統(tǒng)主要采用人工巡檢、維護的方式，而且人工巡檢、維護的周期比較 長，短波通信臺站一般是幾個月巡檢一次，由于天線場區(qū)地形復(fù)雜，人工巡檢、維護的難度 很大，如果遇到惡劣天氣，根本就無法執(zhí)行人工巡檢任務(wù)。目前對天線的測試主要還是局限 于檢測絕緣阻抗、輸入阻抗和駐波比等幾個基礎(chǔ)參數(shù)，而對表征天線將高頻電流能轉(zhuǎn)化為 空間輻射電磁波有效程度，衡量天線輻射性能與工作狀態(tài)的重要指標如天線輻射效率，尚 沒有方便可行的實時、自動監(jiān)測手段。
[0003] 對短波發(fā)射天線的電氣參數(shù)檢測設(shè)備目前國內(nèi)已有不少研究成果，但對短波發(fā)射 天線輻射效率的在線自動監(jiān)測和記錄設(shè)備在國內(nèi)目前還屬于空白。國外在天線輻射效率測 量方面已取得了較多的研究成果，較為成熟的定向性/增益法、維勒帽法、隨機場法和輻射 計法等基本上是在電波暗室或混響室內(nèi)進行操作，目前還沒有一種有效的方法能實現(xiàn)在不 影響短波天線正常工作的條件下對其輻射效率的變化進行野外復(fù)雜地形條件下實時自動 監(jiān)測。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)而提出一種適合在野外復(fù)雜地形條 件下對短波發(fā)射天線工作運行時的輻射效率自動監(jiān)測的系統(tǒng)及實現(xiàn)方法。通過研究基于復(fù) 雜地形條件下外場場強測量的短波天線輻射效率監(jiān)測技術(shù)，實現(xiàn)短波天線輻射效率變化的 自動監(jiān)測，為短波天線輻射性能和工作狀態(tài)的評估提供量化指標，為短波通信臺站天線輻 射效率的自動化監(jiān)測提供方法，解決人工巡檢難度大以及測量周期長的問題。本發(fā)明方法 通過在外場場強測量得到天線場遠場區(qū)的電場強度幅值，實現(xiàn)對天線輻射場點功率面密度 的抽樣，由該樣本值依據(jù)天線輻射場仿真計算得到的方向系數(shù)估計天線的輻射功率，測量 前向功率得到天線的輸入功率，天線的輻射效率由輻射功率與輸入功率的比值計算得到。
[0005] 為了實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個方面，提供了一種短波發(fā)射天線輻射效率 監(jiān)測方法，通過遠場區(qū)場強測量單元得到遠場區(qū)場點電場強度幅值，實現(xiàn)對天線輻射場點 功率面密度的抽樣，由該樣本值依據(jù)天線輻射場仿真得到的方向系數(shù)估計天線的輻射功 率，通過近場區(qū)功率測量單元測量前向功率得到天線的輸入功率，再計算輻射功率與輸入 功率的比值得到的輻射效率。
[0006] 本發(fā)明的一個實施例中，所述天線輻射場仿真包括平面分層介質(zhì)結(jié)構(gòu)域變換法和 RWG矩量法的近地架設(shè)短波天線輻射場的仿真，通過短波天線輻射場的仿真，得到其輻射功 率的空間相對分布。
[0007] 本發(fā)明的一個實施例中，所述通過遠場區(qū)場強測量單元得到遠場區(qū)場點電場強度 幅值具體為，利用環(huán)天線場強測量系統(tǒng)進行短波天線輻射場的室外遠場場強測量，實現(xiàn)場 點功率面密度的抽樣。
[0008] 本發(fā)明的一個實施例中，上述方法具體包括如下步驟：
[0009] 首先，獲取測試參數(shù)，所述測試參數(shù)包括天線架設(shè)地面的電參數(shù)包括介電常數(shù)和 電導(dǎo)率、測量天線所在場點相對于被測天線的方位，以及被測天線的物理參數(shù)包括天線形 式、振子尺寸和架高；建立近地架設(shè)短波天線輻射場仿真模型和天線的帶狀結(jié)構(gòu)模型，計算 待測天線歸一化場強方向圖和在測試點處的方向系數(shù)；
[0010] 其次，校準環(huán)天線場強測量系統(tǒng)，進行單場點分時場強幅值測量，同時通過近場區(qū) 功率測量單元測量天線前向功率，并將場強幅值和前向功率測量結(jié)果送至上位機；
[0011] 然后，通過實測場強幅值計算場點電磁功率面密度，依據(jù)仿真得到的方向系數(shù)估 計天線輻射功率，天線輻射效率由輻射功率與輸入功率的比值計算，即可完成短波發(fā)射天 線輻射效率的監(jiān)測和評估。
[0012] 本發(fā)明的一個實施例中，所述天線輻射效率為：
[0014] 其中，
D⑷肩}為方向系數(shù)，丨為遠場區(qū)場點場 強，方向系數(shù)β⑷，奶）由天線輻射場的仿真得到，場強I玢M肩')丨由環(huán)天線場強測量系統(tǒng) 進行測量，輸入功率Pin由定向親合器或功率計測量前向功率得到。
[0015] 按照本發(fā)明的另一方面，還提供了一種實現(xiàn)上述短波發(fā)射天線輻射效率監(jiān)測方法 的監(jiān)測系統(tǒng)，所述監(jiān)測系統(tǒng)由近場區(qū)功率測量單元與遠場區(qū)場強測量單元兩部分組成，近 場區(qū)功率測量單元包括：功率測量模塊、ARM控制模塊與近場區(qū)網(wǎng)絡(luò)接口模塊；遠場區(qū)場強 測量單元包括：接收環(huán)天線、場強測量模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、主控模塊、IXD顯示屏、鍵盤接 口以及遠場區(qū)網(wǎng)絡(luò)接口模塊，其中：
[0016] 所述近場區(qū)功率測量單元安裝在待測天線與短波發(fā)射機之間，短波發(fā)射機工作 時，將射頻信號通過射頻線纜傳送到待測天線，由待測天線輻射出去，ARM控制模塊控制功 率測量模塊通過射頻耦合傳感器對傳輸?shù)酱郎y天線上的射頻輸入功率進行實時監(jiān)測，并將 采集到的功率數(shù)據(jù)通過近場區(qū)網(wǎng)絡(luò)接口模塊傳送給遠場區(qū)場強測量單元中的數(shù)據(jù)處理模 塊；
[0017] 所述遠場區(qū)場強測量單元的接收環(huán)天線接收到射頻信號后通過射頻線纜傳送至 場強測量模塊，在主控單元的自動控制下場強測量模塊對短波天線場內(nèi)的場強進行測量， 實現(xiàn)對天線輻射場點功率面密度的抽樣并將監(jiān)測數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)線纜送至數(shù)據(jù)處理模塊上； 主控單元還通過遠場區(qū)網(wǎng)絡(luò)接口實現(xiàn)對功率測量模塊的實時自動控制，并完成鍵盤接口的 操作響應(yīng)和LCD監(jiān)視屏的圖像顯示；數(shù)據(jù)處理模塊對送來的數(shù)據(jù)進行辨別、歸納、分類、轉(zhuǎn) 換和計算相關(guān)分析處理，并依據(jù)方向系數(shù)估算出天線的輻射功率。
[0018] 與現(xiàn)有的天線輻射效率測量方法相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點：
[0019] 1)給出了評估短波天線輻射效率的量化指標，為短波天線輻射效率的自動化監(jiān)測 提供了方法；
[0020] 2)監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，造價低廉，便于操作，使用時完全不影響短波發(fā)射天線的正 常工作，可實現(xiàn)短波發(fā)射天線輻射效率自動監(jiān)測，真實詳細的反映了天線的工作狀態(tài)和輻 射性能；
[0021] 3)監(jiān)測結(jié)果直觀、快速，提高了對天線輻射狀態(tài)變化的反應(yīng)速度。
【附圖說明】
[0022] 圖1為本發(fā)明的短波發(fā)射天線輻射效率監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023] 圖2為本發(fā)明短波發(fā)射天線輻射效率監(jiān)測方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0024] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對 本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要 彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0025] 基于外場場強測量的短波天線輻射效率監(jiān)測方法的原理為，根據(jù)天線輻射機理 和時諧電磁場的波動理論可知，天線輻射功率與遠場區(qū)場點場強丨和方向系數(shù) ，只）的關(guān)系為：
[0027] 那么天線輻射效率由下式計算：
[0029] 其中方向系數(shù)D⑷肩）由天線輻射場的仿真得到，場強丨由環(huán)天線場強 測量系統(tǒng)進行測量，輸入功率Pin由定向親合器或功率計測量前向功率得到。
[0030] 本發(fā)明提供了通過遠場區(qū)場強測量單元得到遠場區(qū)場點電場強度幅值，實現(xiàn)對天 線輻射場點功率面密度的抽樣，由該樣本值依據(jù)天線輻射場仿真得到的方向系數(shù)估計天線 的輻射功率，通過近場區(qū)功率測量單元測量前向功率得到天線的輸入功率，天線的輻射效 率由輻射功率與輸入功率的比值計算得到。
[0031] 本發(fā)明提供了一種短波發(fā)射天線輻射效率監(jiān)測方法，該方法基于外場場強測量的 短波天線輻射效率監(jiān)測方法，包括近地架設(shè)短波天線輻射場的仿真和基于外場場強測量的 短波天線輻射效率的計算與監(jiān)測，其中，所述近地架設(shè)短波天線輻射場的仿真，由matlab 仿真平臺編程實現(xiàn)，通過域變換法解析介質(zhì)半空間譜域位型并矢格林函數(shù)，采用RWG矩量 法離散平面分層介質(zhì)C類混合位電場積分方程，實現(xiàn)短波天線輻射場的數(shù)值仿真計算，通 過對歸一化場強方向圖的積分計算方向系數(shù)，得到天線輻射功率的空間相對分布。
[0032] 其中，所述介質(zhì)半空間譜域位型并矢格林函數(shù)由譜域?qū)Э狗ㄍ茖?dǎo)，根據(jù)天線架設(shè) 地面電參數(shù)，確定介質(zhì)層電參數(shù)，在譜域中通過傳輸線方程由傳輸線格林函數(shù)計算譜域C 類位型并矢格林函數(shù)。
[0033] 將介質(zhì)半