白昀初

摘 要：在天線(xiàn)、雷達(dá)等無(wú)線(xiàn)通信產(chǎn)品和電子設(shè)備的測(cè)試中，微波暗室是一個(gè)理想的場(chǎng)所，在民用、軍事及專(zhuān)項(xiàng)工程領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，如何評(píng)估暗室的靜區(qū)性能也變得愈發(fā)重要?；跍y(cè)量靜區(qū)反射電平的自由空間電壓駐波比（VSWR法），給出了測(cè)量原理和具體的測(cè)量過(guò)程，以及測(cè)量系統(tǒng)的布置方案，并通過(guò)測(cè)量實(shí)例進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)合實(shí)際測(cè)量中出現(xiàn)的問(wèn)題，對(duì)可能影響測(cè)量結(jié)果的因素和需要注意的問(wèn)題進(jìn)行了分析，并提出了相應(yīng)的解決方案，對(duì)微波暗室的日常使用維護(hù)和微波暗室性能測(cè)量系統(tǒng)的組建具有一定的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：微波暗室;靜區(qū)反射電平;VSWR法;影響因素;無(wú)線(xiàn)通信;性能測(cè)量

中圖分類(lèi)號(hào)：TP39;TN98 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2019）05-00-02

0 引 言

靜區(qū)指暗室內(nèi)電場(chǎng)均勻性滿(mǎn)足規(guī)范要求的空間區(qū)域，評(píng)價(jià)一個(gè)暗室靜區(qū)的性能指標(biāo)是否合乎要求，主要參考指標(biāo)為反射電平。靜區(qū)反射電平的現(xiàn)行測(cè)量方法主要包括兩種，即VSWR法與天線(xiàn)方向圖比較法[1-2]。在實(shí)際測(cè)量時(shí)，優(yōu)先選用VSWR法。對(duì)于微波暗室的靜區(qū)反射電平的測(cè)量結(jié)果，目前尚未有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范能對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)，而且在實(shí)際測(cè)量中，微波暗室的靜區(qū)性能會(huì)受到暗室環(huán)境和測(cè)量系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生的誤差等因素影響，無(wú)法對(duì)微波暗室的靜區(qū)性能進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)價(jià)。

1 靜區(qū)反射電平測(cè)量過(guò)程及測(cè)試實(shí)例

微波暗室性能測(cè)量系統(tǒng)如圖1所示，可按具體功能劃分為如下三部分：

（1）信號(hào)發(fā)射部分由發(fā)射天線(xiàn)、轉(zhuǎn)臺(tái)及升降桿，信號(hào)源組成;

（2）信號(hào)接收部分由接收天線(xiàn)，轉(zhuǎn)臺(tái)及掃描架，頻譜儀組成;

（3）控制部分包括程控計(jì)算機(jī)，掃描架控制器及射頻線(xiàn)纜、網(wǎng)線(xiàn)等。

信號(hào)源的信號(hào)經(jīng)發(fā)射天線(xiàn)發(fā)射后，通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)接收天線(xiàn)轉(zhuǎn)臺(tái)進(jìn)行控制，在頻譜儀上實(shí)時(shí)采集接收信號(hào)電平參數(shù)，完成測(cè)試數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)處理及結(jié)果析。

VSWR法是在若干個(gè)給定的離散方位角上，在待測(cè)靜區(qū)內(nèi)選定的行程線(xiàn)上進(jìn)行重復(fù)測(cè)量。在對(duì)微波暗室進(jìn)行區(qū)域劃分后，以縱向行程線(xiàn)測(cè)量為例，當(dāng)接收天線(xiàn)正對(duì)發(fā)射天線(xiàn)，極化方式相同時(shí)，控制接收天線(xiàn)掃描架沿著行程線(xiàn)移動(dòng)，穿過(guò)待測(cè)靜區(qū)。縱向行程線(xiàn)測(cè)量典型曲線(xiàn)如圖2所示，曲線(xiàn)a-a為頻譜儀上測(cè)得的接收信號(hào)電平。改變接收天線(xiàn)的方位角為Φ°，重新沿行程線(xiàn)掃描，得到一條起伏曲線(xiàn)，該曲線(xiàn)顯示了直達(dá)波與反射波之間的干涉，將來(lái)源于暗室各側(cè)墻的反射信號(hào)疊加到電平d之上的合成曲線(xiàn)，在數(shù)據(jù)后處理中為其繪制兩條包絡(luò)曲線(xiàn)b-b和c-c[3-5]，其中：

式中：R為所求的靜區(qū)反射電平，單位為dB;曲線(xiàn)d-d為b和c的中值;D為在整個(gè)行程線(xiàn)上找到的最大包絡(luò)寬度，單位為dB;Er為等效反射波場(chǎng)強(qiáng)，單位為V;Ed為直達(dá)波場(chǎng)強(qiáng)，單位為V。包絡(luò)曲線(xiàn)b-b和c-c的擬合也是數(shù)據(jù)處理中最為核心的部分，包絡(luò)曲線(xiàn)的擬合精度決定了測(cè)量結(jié)果的真實(shí)程度。

改變接收天線(xiàn)的方位角和收發(fā)天線(xiàn)的極化方式，重復(fù)以上過(guò)程，得到全部縱向行程線(xiàn)的測(cè)量結(jié)果，橫向行程線(xiàn)及垂直行程線(xiàn)的測(cè)量過(guò)程依次類(lèi)推，綜上即為VSWR法測(cè)量靜區(qū)反射電平的全過(guò)程。

某暗室180°靜區(qū)反射電平測(cè)量示意如圖3所示。選取靜區(qū)范圍為1 m×1 m×1 m，頻率為3 GHz，行程線(xiàn)為縱向行程線(xiàn)，方位角為180°，水平極化，俯仰角為0°，該頻段要求靜區(qū)反射電平<-35 dB，測(cè)量結(jié)果為-35.9 dB。

某暗室120°靜區(qū)反射電平測(cè)量示意如圖4所示。選取靜區(qū)范圍為1 m×1 m×1 m，頻率為1 GHz，行程線(xiàn)為橫向行程線(xiàn)，方位角為120°，水平極化，俯仰角為0°，該頻段要求靜區(qū)反射電平<-35 dB，測(cè)量結(jié)果為-46.6 dB。

2 影響因素分析及解決方案

與理論分析及仿真實(shí)驗(yàn)不同，微波暗室的靜區(qū)性能指標(biāo)會(huì)受到暗室環(huán)境和測(cè)量系統(tǒng)不確定性等因素的影響，在提出測(cè)量指標(biāo)時(shí)應(yīng)當(dāng)將這些因素考慮在內(nèi)，進(jìn)行綜合分析評(píng)估[6-8]。

微波暗室自身的場(chǎng)地特性及人為因素會(huì)影響靜區(qū)反射電平的測(cè)量結(jié)果。測(cè)量過(guò)程中，暗室大門(mén)未關(guān)閉嚴(yán)合，吸波材料布置不均勻或高度不一致，都會(huì)造成不必要的反射和散射現(xiàn)象，在測(cè)量時(shí)也應(yīng)避免暗室內(nèi)有任何不必要物體的存在，在穿墻孔內(nèi)布設(shè)銅網(wǎng)或銅沙[9]。

對(duì)微波暗室性能測(cè)量系統(tǒng)而言，為減少墻面、天棚、地面的影響，選取高增益的天線(xiàn)較為適宜[10]，同時(shí)收發(fā)天線(xiàn)應(yīng)按照頻率的劃分成套配置。

發(fā)射天線(xiàn)轉(zhuǎn)臺(tái)的高度和角度能進(jìn)行調(diào)節(jié)并具備鎖定功能，接收天線(xiàn)掃描架掃描步長(zhǎng)的最小值應(yīng)能滿(mǎn)足國(guó)軍標(biāo)中相應(yīng)頻率的要求，同時(shí)控制軟件的數(shù)據(jù)采集能以不大于八分之一最小干涉波周期間隔記錄數(shù)據(jù)。天線(xiàn)轉(zhuǎn)臺(tái)及掃描架應(yīng)盡可能選取非金屬透波材料，同時(shí)應(yīng)避免表面裸露，并在測(cè)試前鋪設(shè)好吸波材料。天線(xiàn)的安裝支架應(yīng)具備承重能力，在低頻范圍內(nèi)，測(cè)量所使用的天線(xiàn)尺寸較大，質(zhì)量一般在10 kg量級(jí)，未考慮重力影響的天線(xiàn)支架會(huì)發(fā)生較為嚴(yán)重的變形，使俯仰角發(fā)生變化，影響測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。在組裝測(cè)試系統(tǒng)時(shí)，對(duì)各設(shè)備位置的擺放及空間位置也應(yīng)當(dāng)進(jìn)行校準(zhǔn)，以防因安裝誤差導(dǎo)致的測(cè)量誤差。

測(cè)量系統(tǒng)控制器機(jī)械結(jié)構(gòu)的時(shí)間延遲也應(yīng)在數(shù)據(jù)采集及處理過(guò)程中進(jìn)行考慮，尤其在高頻部分，數(shù)據(jù)采集步長(zhǎng)會(huì)相應(yīng)變短，應(yīng)當(dāng)給電機(jī)驅(qū)動(dòng)器預(yù)留啟動(dòng)時(shí)間及截止時(shí)間，適當(dāng)延長(zhǎng)掃描行程線(xiàn)的長(zhǎng)度并在后處理階段刪除多余的數(shù)據(jù)，以防在測(cè)量數(shù)據(jù)組中出現(xiàn)首尾大量數(shù)據(jù)重疊的現(xiàn)象，對(duì)測(cè)量曲線(xiàn)的擬合造成不便。

一般若暗室尺寸增大，靜區(qū)尺寸也會(huì)相應(yīng)變大，掃描軌道應(yīng)配置多段以便于接續(xù)調(diào)整，相鄰軌道間的平滑度也不應(yīng)忽視，同時(shí)待測(cè)靜區(qū)的中心距地面有數(shù)米的距離?？紤]到一般微波暗室性能測(cè)試系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其運(yùn)輸、拆卸不便，各部分材質(zhì)應(yīng)在滿(mǎn)足電性能指標(biāo)的基礎(chǔ)上，選取更為輕便耐磨的材料。微波暗室的建設(shè)方也應(yīng)在確定靜區(qū)后，在其下方配置可供升降的平臺(tái)，并保證在測(cè)量時(shí)吸波材料的覆蓋率。

3 結(jié) 語(yǔ)

微波暗室的性能指標(biāo)可依據(jù)GJB6780-2009《微波暗室性能測(cè)試方法》進(jìn)行測(cè)量及評(píng)定，而對(duì)于微波暗室性能測(cè)量系統(tǒng)而言，尚未有相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)可針對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行整體檢驗(yàn)，只能參考相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)單一部件進(jìn)行選型評(píng)價(jià)，而且由于靜區(qū)反射電平測(cè)量耗時(shí)很長(zhǎng)，測(cè)量流程也較為復(fù)雜，綜合考慮多方面因素，測(cè)量結(jié)果會(huì)與預(yù)測(cè)結(jié)果存在一定偏差，且復(fù)現(xiàn)性不甚理想。針對(duì)微波暗室的性能測(cè)量系統(tǒng)和設(shè)備的整體論證、研究還需要完善和補(bǔ)充，而且隨著新技術(shù)的發(fā)展和新要求的提出，對(duì)該領(lǐng)域的測(cè)試需求也將與日俱增。

參 考 文 獻(xiàn)

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