CN103605102B - 用于电磁兼容试验的辐射发射测量天线的现场校准方法 - Google Patents
用于电磁兼容试验的辐射发射测量天线的现场校准方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种用于电磁兼容试验的辐射发射测量天线的现场校准方法，包括如下步骤：测量得到参考天线的天线系数；测量得到电磁波信号的功率的第一标准值；测量得到电磁波信号的功率的第一测量值；计算第一标准值与第一测量值的差值得到参考天线与传递天线之间的插入损耗；测量得到电磁波信号的功率的第二标准值；测量得到电磁波信号的功率的第二测量值；计算第二标准值与第二测量值的差值得到待校准天线与传递天线之间的插入损耗；由参考天线的天线系数、参考天线与传递天线之间的插入损耗、以及待校准天线与传递天线之间的插入损耗计算得到待校准天线的天线系数。所述现场校准方法适用于30MHz‑1GHz频段的辐射发射测量天线的校准。
Description
技术领域
本发明涉及天线的校准技术领域，特别涉及一种用于电磁兼容试验的辐射发射测量天线的现场校准方法。
背景技术
电磁兼容试验中，用于测量电磁波辐射发射的天线称为辐射发射测量天线。应用中，通常用辐射发射测量天线测量待测电磁波产生的电磁场（即待测电磁场）的场强值。其测量原理是：电磁兼容试验中，辐射发射测量天线感测到待测电磁场后会产生感应电流，该感应电流在天线端口转换为感应电压，即辐射发射测量天线的输出电压，由辐射发射测量天线的输出电压即可间接得到待测电磁场的场强值。
用于表征辐射发射测量天线的输出电压与待测电磁场的场强值的关系的物理量称为天线系数。天线系数是衡量一个辐射发射测量天线性能优劣的重要指标之一。对辐射发射测量天线进行校准就是要测量其天线系数。
电磁兼容试验中，对于30MHz-1GHz频段，常用的辐射发射测量天线包括双锥天线和双脊喇叭天线两种类型。现有技术中，辐射发射测量天线的校准方法主要有双天线法和三天线法。
采用双天线法校准辐射发射测量天线时，需要两个完全相同的天线，其中一个为待校准天线，这在实践中很难实现。因此，双天线法在实际应用中使用的很少。
现有技术中，最常用的辐射发射测量天线的校准方法是三天线法。采用三天线法校准辐射发射测量天线时，包括待校准天线在内，需要三个类型一致的天线，即需要三个双锥天线或者三个双脊喇叭天线。但是，一般的电磁兼容试验室仅有一个双锥天线和一个双脊喇叭天线。因此，辐射发射测量天线无法在一般的电磁兼容试验室内进行现场校准。在这种情况下，通常需要将辐射发射测量天线送到具备校准资质的专门的校准试验室，然后在校准试验室内利用三天线法进行校准。但是，将辐射发射测量天线送到校准试验室进行校准的过程中经常会遇到以下问题：
(1)辐射发射测量天线（即双锥天线和双脊喇叭天线）的尺寸较大，其最大尺寸大于1m，不方便包装和运输，并且运输过程中的震动还可能导致辐射发射测量天线的结构发生变化，从而影响校准的准确性；
(2)校准需要的时间较长，一般为二周，甚至更长，并且在校准期间，电磁兼容试验无法正常进行；
(3)电磁兼容试验室与校准试验室的电磁环境往往存在差异，这可能导致在校准试验室中校准得到的天线系数与待测天线在电磁兼容试验室中的实际天线系数之间存在偏差，从而导致校准的准确性降低。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的上述缺陷，提供一种用于电磁兼容试验的辐射发射测量天线的现场校准方法。
本发明提供的用于电磁兼容试验的辐射发射测量天线的现场校准方法包括如下步骤：
在校准试验室内，利用现有技术的校准方法测量得到参考天线的天线系数；
在校准试验室内，通过直通连接器将第一衰减器与第二衰减器电连接；
在校准试验室内，通过信号源产生电磁波信号，并通过频谱仪测量得到电磁波信号的功率的第一标准值；
在校准试验室内，通过同轴电缆将参考天线与第一衰减器电连接，且通过同轴电缆将传递天线与第二衰减器电连接；
在校准试验室内，通过信号源产生电磁波信号，且信号源的输出功率与其测量所述第一标准值时的输出功率相同，通过频谱仪测量得到电磁波信号的功率的第一测量值；
计算电磁波信号的功率的所述第一标准值与其所述第一测量值的差值得到参考天线与传递天线之间的插入损耗；
在电磁兼容实验室内，通过直通连接器将第一衰减器与第二衰减器电连接；
在电磁兼容实验室内，通过信号源产生电磁波信号，并通过频谱仪测量得到电磁波信号的功率的第二标准值；
在电磁兼容实验室内，将待校准天线通过同轴电缆与第一衰减器电连接，且将传递天线通过同轴电缆与第二衰减器电连接；
在电磁兼容实验室内，通过信号源产生电磁波信号，且信号源的输出功率与其在测量所述第二标准值时的输出功率相同，并通过频谱仪测量得到电磁波信号的功率的第二测量值；
计算电磁波信号的功率的所述第二标准值与所述第二测量值的差值得到待校准天线与传递天线之间的插入损耗；
由参考天线的天线系数、参考天线与传递天线之间的插入损耗、以及待校准天线与传递天线之间的插入损耗计算得到待校准天线的天线系数。
优选地，所述步骤“在校准试验室内，利用现有技术的校准方法测量得到参考天线的天线系数”为：在校准试验室内，利用现有技术的三天线法测量得到参考天线的天线系数。
优选地，参考天线与传递天线之间的插入损耗的计算公式为：
IL0＝P0-1-P1-1
其中，IL0为参考天线与传递天线之间的插入损耗；P0-1为电磁波信号的功率的第一标准值；P1-1为电磁波信号的功率的第一测量值。
优选地，待校准天线与传递天线之间的插入损耗的计算公式为：
IL1＝P0-2-P1-2
其中，IL1为待校准天线与传递天线之间的插入损耗；P0-2为电磁波信号的功率的第二标准值；P1-2为电磁波信号的功率的第二测量值。
优选地，待校准天线的天线系数的计算公式为：
AF1＝AF0+IL1-IL0
其中，AF1为待校准天线的天线系数；AF0为参考天线的天线系数。
本发明具有如下有益效果：
(1)本发明的现场校准方法不需要将尺寸较大的辐射发射测量天线例如双锥天线和双脊喇叭天线运输到专门的校准试验室，在电磁兼容实验室现场即可实现对其校准，并且能够避免运输过程中的震动导致辐射发射测量天线的结构发生变化，从而提高校准的准确性；
(2)本发明的现场校准方法需要的校准时间较短，并且在校准期间，电磁兼容试验可以正常进行；
(3)本发明的现场校准方法能够避免电磁兼容试验室与校准试验室的电磁环境的差异对校准的影响，从而保证校准的准确性；
(4)本发明的现场校准方法适用于30MHz-1GHz频段的辐射发射测量天线的校准。
附图说明
图1为本发明实施例提供的用于电磁兼容试验的辐射发射测量天线的现场校准方法采用的校准装置的示意图之一；
图2为本发明实施例提供的用于电磁兼容试验的辐射发射测量天线的现场校准方法采用的校准装置的示意图之二；
图3为本发明实施例提供的用于电磁兼容试验的辐射发射测量天线的现场校准方法采用的校准装置的示意图之三。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明的发明内容作进一步的描述。
如图1、图2和图3所示，本实施例提供的用于电磁兼容试验的辐射发射测量天线的现场校准方法采用的校准装置包括信号源1、第一衰减器2、参考天线3、传递天线4、第二衰减器5、频谱仪6、金属地板7和直通连接器8。
信号源1通过同轴电缆与第一衰减器2电连接。第二衰减器5通过同轴电缆与频谱仪6电连接。信号源1用于产生电磁波信号。第一衰减器2和第二衰减器5用于消除驻波信号的影响，从而改善所述校准装置的匹配特性。频谱仪6用于测量电磁波信号的功率。
本实施例提供的用于电磁兼容试验的辐射发射测量天线的现场校准方法包括如下步骤：
S1：在校准试验室内，利用现有技术的校准方法例如三天线法测量得到参考天线3的天线系数AF0；
S2：在校准试验室内，通过直通连接器8将第一衰减器2与第二衰减器5电连接，如图1所示；
S3：在校准试验室内，利用上述步骤S2的校准装置，通过信号源1产生电磁波信号，并通过频谱仪6测量得到电磁波信号的功率的第一标准值P0-1，其单位为dBm；在该步骤中，信号源1的输出功率例如为10dBm；
S4：在校准试验室内，通过同轴电缆将参考天线3与第一衰减器2电连接，且通过同轴电缆将传递天线4与第二衰减器5电连接；信号源1、第一衰减器2、参考天线3、传递天线4、第二衰减器5和频谱仪6都设置于金属地板7的上方，且信号源1、第一衰减器2、参考天线3、传递天线4、第二衰减器5和频谱仪6都位于与金属地板7平行的同一条直线上，即信号源1、第一衰减器2、参考天线3、传递天线4、第二衰减器5和频谱仪6与金属地板7的高度都相等，如图2所示；
S5：在校准试验室内，利用上述步骤S4的校准装置，通过信号源1产生电磁波信号，且信号源1的输出功率与其在上述步骤S3测量第一标准值P0-1时的输出功率相同，通过频谱仪6测量得到电磁波信号的功率的第一测量值P1-1，其单位为dBm；在该步骤中，例如信号源1的输出功率为10dBm；
S6：计算电磁波信号的功率的第一标准值P0-1与其第一测量值P1-1的差值得到参考天线3与传递天线4之间的插入损耗IL0；
参考天线3与传递天线4之间的插入损耗IL0的计算公式为：
IL0＝P0-1-P1-1 公式(1)
公式(1)中，IL0为参考天线3与传递天线4之间的插入损耗；P0-1为电磁波信号的功率的第一标准值；P1-1为电磁波信号的功率的第一测量值；
S7：在电磁兼容实验室内，通过直通连接器8将第一衰减器2与第二衰减器5电连接，如图1所示；
S8：在电磁兼容实验室内，利用上述步骤S7的校准装置，通过信号源1产生电磁波信号，并通过频谱仪6测量得到电磁波信号的功率的第二标准值P0-2，其单位为dBm；
S9：在电磁兼容实验室内，将待校准天线9通过同轴电缆与第一衰减器2电连接，且将传递天线4通过同轴电缆与第二衰减器5电连接；信号源1、第一衰减器2、待校准天线9、传递天线4、第二衰减器5和频谱仪6都设置于金属地板7的上方，且信号源1、第一衰减器2、待校准天线9、传递天线4、第二衰减器5和频谱仪6都位于与金属地板7平行的同一条直线上，即信号源1、第一衰减器2、参考天线3、传递天线4、第二衰减器5和频谱仪6与金属地板7的高度都相等，如图3所示；
S10：在电磁兼容实验室内，利用上述步骤S9的校准装置，通过信号源1产生电磁波信号，且信号源1的输出功率与其在上述步骤S8测量第二标准值P0-2时的输出功率相同，并通过频谱仪6测量得到电磁波信号的功率的第二测量值P1-2，其单位为dBm；
S11：计算电磁波信号的功率的第二标准值P0-2与第二测量值P1-2的差值得到待校准天线9与传递天线4之间的插入损耗IL1；
待校准天线9与传递天线4之间的插入损耗IL1的计算公式为：
IL1＝P0-2-P1-2 公式(2)
公式(2)中，IL1为待校准天线9与传递天线4之间的插入损耗；P0-2为电磁波信号的功率的第二标准值；P1-2为电磁波信号的功率的第二测量值；
S12：由参考天线3的天线系数AF0、参考天线3与传递天线4之间的插入损耗IL0、以及待校准天线9与传递天线4之间的插入损耗IL1计算得到待校准天线9的天线系数AF1；
待校准天线9的天线系数AF1的计算公式为：
AF1＝AF0+IL1-IL0 公式(3)；
公式(3)中，AF1为待校准天线9的天线系数；AF0为参考天线3的天线系数；IL1为待校准天线9与传递天线4之间的插入损耗；IL0为参考天线3与传递天线4之间的插入损耗。
需要说明的是，上述步骤S12得到是待校准天线9在一个频率点的天线系数，重复上述步骤S1-S12即可得到待校准天线9的整个工作频段的天线系数。
本实施例的现场校准方法适用于双锥天线在30-200MHz频段的校准，且适用于双脊喇叭天线在200MHz-1GHz频段的校准。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (3)
1.用于电磁兼容试验的辐射发射测量天线的现场校准方法，其特征在于，该现场校准方法包括如下步骤：
在校准试验室内，利用现有技术的校准方法测量得到参考天线(3)的天线系数；
在校准试验室内，通过直通连接器(8)将第一衰减器(2)与第二衰减器(5)电连接；
在校准试验室内，通过信号源(1)产生电磁波信号，并通过频谱仪(6)测量得到电磁波信号的功率的第一标准值；
在校准试验室内，通过同轴电缆将参考天线(3)与第一衰减器(2)电连接，且通过同轴电缆将传递天线(4)与第二衰减器(5)电连接；
在校准试验室内，通过信号源(1)产生电磁波信号，且信号源(1)的输出功率与其测量所述第一标准值时的输出功率相同，通过频谱仪(6)测量得到电磁波信号的功率的第一测量值；
计算电磁波信号的功率的所述第一标准值与其所述第一测量值的差值得到参考天线(3)与传递天线(4)之间的插入损耗；
在电磁兼容实验室内，通过直通连接器(8)将第一衰减器(2)与第二衰减器(5)电连接；
在电磁兼容实验室内，通过信号源(1)产生电磁波信号，并通过频谱仪(6)测量得到电磁波信号的功率的第二标准值；
在电磁兼容实验室内，将待校准天线(9)通过同轴电缆与第一衰减器(2)电连接，且将传递天线(4)通过同轴电缆与第二衰减器(5)电连接；
在电磁兼容实验室内，通过信号源(1)产生电磁波信号，且信号源(1)的输出功率与其在测量所述第二标准值时的输出功率相同，并通过频谱仪(6)测量得到电磁波信号的功率的第二测量值；
计算电磁波信号的功率的所述第二标准值与所述第二测量值的差值得到待校准天线(9)与传递天线(4)之间的插入损耗；
由参考天线(3)的天线系数、参考天线(3)与传递天线(4)之间的插入损耗、以及待校准天线(9)与传递天线(4)之间的插入损耗计算得到待校准天线(9)的天线系数；
参考天线(3)与传递天线(4)之间的插入损耗的计算公式为：
IL0＝P0-1-P1-1
其中，IL0为参考天线(3)与传递天线(4)之间的插入损耗；P0-1为电磁波信号的功率的第一标准值；P1-1为电磁波信号的功率的第一测量值；
待校准天线(9)的天线系数的计算公式为：
AF1＝AF0+IL1-IL0
其中，AF1为待校准天线(9)的天线系数；AF0为参考天线(3)的天线系数；IL1为待校准天线(9)与传递天线(4)之间的插入损耗。
2.根据权利要求1所述的用于电磁兼容试验的辐射发射测量天线的现场校准方法，其特征在于，所述步骤“在校准试验室内，利用现有技术的校准方法测量得到参考天线(3)的天线系数”为：在校准试验室内，利用现有技术的三天线法测量得到参考天线(3)的天线系数。
3.根据权利要求1所述的用于电磁兼容试验的辐射发射测量天线的现场校准方法，其特征在于，待校准天线(9)与传递天线(4)之间的插入损耗的计算公式为：
IL1＝P0-2-P1-2
其中，IL1为待校准天线(9)与传递天线(4)之间的插入损耗；P0-2为电磁波信号的功率的第二标准值；P1-2为电磁波信号的功率的第二测量值。
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