微波暗室靜區(qū)性能測量及影響因素分析

引 言

靜區(qū)指暗室內(nèi)電場均勻性滿足規(guī)范要求的空間區(qū)域，評價一個暗室靜區(qū)的性能指標是否合乎要求，主要參考指標為反射電平。靜區(qū)反射電平的現(xiàn)行測量方法主要包括兩種，即VSWR 法與天線方向圖比較法 [1-2]。在實際測量時，優(yōu)先選用 VSWR 法。對于微波暗室的靜區(qū)反射電平的測量結(jié)果，目前尚未有相關(guān)標準和規(guī)范能對其進行評價，而且在實際測量中，微波暗室的靜區(qū)性能會受到暗室環(huán)境和測量系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生的誤差等因素影響，無法對微波暗室的靜區(qū)性能進行準確評價。

1 靜區(qū)反射電平測量過程及測試實例

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

（1）信號發(fā)射部分由發(fā)射天線、轉(zhuǎn)臺及升降桿，信號源組成 ；

（2）信號接收部分由接收天線，轉(zhuǎn)臺及掃描架，頻譜儀組成 ；

（3）控制部分包括程控計算機，掃描架控制器及射頻線纜、網(wǎng)線等。

信號源的信號經(jīng)發(fā)射天線發(fā)射后，通過計算機對接收天線轉(zhuǎn)臺進行控制，在頻譜儀上實時采集接收信號電平參數(shù)，完成測試數(shù)據(jù)的統(tǒng)計處理及結(jié)果分析。

VSWR 法是在若干個給定的離散方位角上，在待測靜區(qū)內(nèi)選定的行程線上進行重復測量。在對微波暗室進行區(qū)域劃分后，以縱向行程線測量為例，當接收天線正對發(fā)射天線，極化方式相同時，控制接收天線掃描架沿著行程線移動，穿過待測靜區(qū)?？v向行程線測量典型曲線如圖 2 所示，曲線 a-a

為頻譜儀上測得的接收信號電平。改變接收天線的方位角為Φ°，重新沿行程線掃描，得到一條起伏曲線，該曲線顯示了直達波與反射波之間的干涉，將來源于暗室各側(cè)墻的反射信號疊加到電平 d 之上的合成曲線，在數(shù)據(jù)后處理中為其繪制兩條包絡曲線 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 d-d 為 b 和 c 的中值；D 為在整個行程線上找到的最大包絡寬度，單位為 dB；Er 為等效反射波場強，單位為 V；Ed 為直達波場強，單位為 V。包絡曲線 b-b 和 c-c 的擬合也是數(shù)據(jù)處理中最為核心的部分，包絡曲線的擬合精度決定了測量結(jié)果的真實程度。

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

某暗室 180°靜區(qū)反射電平測量示意如圖 3 所示。選取靜區(qū)范圍為 1 m×1 m×1 m，頻率為 3 GHz，行程線為縱向行程線，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，測量結(jié)果為 -35.9 dB。

某暗室 120°靜區(qū)反射電平測量示意如圖 4 所示。選取靜區(qū)范圍為 1 m×1 m×1 m，頻率為 1 GHz，行程線為橫向行程線，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驗不同，微波暗室的靜區(qū)性能指標會受到暗室環(huán)境和測量系統(tǒng)不確定性等因素的影響，在提出測量指標時應當將這些因素考慮在內(nèi)，進行綜合分析評估 [6-8]。

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

對微波暗室性能測量系統(tǒng)而言，為減少墻面、天棚、地面的影響，選取高增益的天線較為適宜 [10]，同時收發(fā)天線應按照頻率的劃分成套配置。

發(fā)射天線轉(zhuǎn)臺的高度和角度能進行調(diào)節(jié)并具備鎖定功能，接收天線掃描架掃描步長的最小值應能滿足國軍標中相應頻率的要求，同時控制軟件的數(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)。天線轉(zhuǎn)臺及掃描架應盡可能選取非金屬透波材料，同時應避免表面裸露，并在測試前鋪設好吸波材料。天線的安裝支架應具備承重能力，在低頻范圍內(nèi)，測量所使用的天線尺寸較大，質(zhì)量一般在 10 kg 量級，未考慮重力影響的天線支架會發(fā)生較為嚴重的變形，使俯仰角發(fā)生變化，影響測量結(jié)果的準確性。在組裝測試系統(tǒng)時，對各設備位置的擺放及空間位置也應當進行校準，以防因安裝誤差導致的測量誤差。

測量系統(tǒng)控制器機械結(jié)構(gòu)的時間延遲也應在數(shù)據(jù)采集及處理過程中進行考慮，尤其在高頻部分，數(shù)據(jù)采集步長會相應變短，應當給電機驅(qū)動器預留啟動時間及截止時間，適當延長掃描行程線的長度并在后處理階段刪除多余的數(shù)據(jù)，以防在測量數(shù)據(jù)組中出現(xiàn)首尾大量數(shù)據(jù)重疊的現(xiàn)象，對測量曲線的擬合造成不便。

一般若暗室尺寸增大，靜區(qū)尺寸也會相應變大，掃描軌道應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忽視，同時待測靜區(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試系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)復雜，其運輸、拆卸不便，各部分材質(zhì)應在滿足電性能指標的基礎上，選取更為輕便耐磨的材料。微波暗室的建設方也應在確定靜區(qū)后，在其下方配置可供升降的平臺，并保證在測量時吸波材料的覆蓋率。

3 結(jié) 語

微波暗室的性能指標可依據(jù) GJB6780-2009《微波暗室性能測試方法》進行測量及評定，而對于微波暗室性能測量系統(tǒng)而言，尚未有相關(guān)規(guī)范和標準可針對系統(tǒng)進行整體檢驗，只能參考相關(guān)標準對系統(tǒng)內(nèi)單一部件進行選型評價， 而且由于靜區(qū)反射電平測量耗時很長，測量流程也較為復雜，綜合考慮多方面因素，測量結(jié)果會與預測結(jié)果存在一定偏差，且復現(xiàn)性不甚理想。針對微波暗室的性能測量系統(tǒng)和設備的整體論證、研究還需要完善和補充，而且隨著新技術(shù)的發(fā)展和新要求的提出，對該領(lǐng)域的測試需求也將與日俱增。