CN106443181A - 一种基于天线辐射性的射频仿真信号环境监测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及信号环境监测技术领域，公开的一种基于天线辐射特性的射频仿真信号环境监测系统及方法，该方法采用的监测系统包括：支架、组合喇叭天线、频谱分析仪、控制计算机、微波暗室，位于微波暗室内附属平台的支架上设置有组合喇叭天线，组合喇叭天线通过射频线缆与功率放大器相连，功率放大器通过信号线与频谱分析仪相连，频谱分析仪通过网线与控制计算机相连。本发明组成结构简单，易于实现，且使用方便，稳定性高，可维护性好；亦推广应用于通信对抗仿真试验等领域。

Description

一种基于天线辐射性的射频仿真信号环境监测系统及方法

技术领域

本发明涉及信号环境监测技术领域，提供一种基于天线辐射性的射频仿真信号环境监测系统及方法，可以为探测设备仿真试验过程的信号环境监测提供一种有效的技术手段，该系统组成结构简单，易于实现，且使用方便，稳定性高，可维护性好；亦推广应用于通信对抗仿真试验等领域。

背景技术

雷达侦测设备内场半实物仿真试验以其费用低、效率高、可重复性好等优点，在其性能鉴定评估试验中得到较多的应用。内场半实物仿真试验通过在微波暗室内构建复杂电磁信号环境来考核被试雷达侦测设备的各项指标，所模拟电磁信号准确与否直接关系到试验结果的科学性和可信度。因此，需要在试验过程中对电磁信号开展试验前标定、试验中监测以及试验后确认等工作。

仿真试验中主要关心天线阵列球心处射频信号的频率、幅度等信息，该位置为放置被试设备的区域。试验前和试验后可以在球心处通过架设测量装置对信号进行标定和确认，但试验过程中被试设备需要始终处于天线阵列球心处，如果架设监测设备将影响被试设备对信号的正常接收。

现有技术中是在微波暗室内通过喇叭天线和频谱仪等组成信号接收装置，可以实现对空间电磁频谱的监测，但由于受被试装备放置位置的限制，喇叭天线不能安装在天线阵列球心处，无法获取球心处信号幅度信息。

直接采用另一套侦测设备作为电磁信号监测装置也可实现对微波暗室内信号的测量，侦测设备可对信号进行分选识别，能够获得较多的信号参数信息。但是，侦测设备的采购成本高，且体积较大，不便放置于空间有限的微波暗室内。

发明内容

为解决背景技术出现的技术问题，本发明目的是提供了一种基于天线辐射性的射频仿真信号环境监测系统及方法，是一种在球心以外的位置进行信号监测的技术，为雷达侦测设备内场半实物仿真试验提供一种新的信号监测手段。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于天线辐射特性的射频仿真信号环境监测系统，包括：支架、组合喇叭天线、频谱分析仪、控制计算机、微波暗室，位于微波暗室内附属平台的支架上设置有组合喇叭天线，组合喇叭天线通过射频线缆与功率放大器相连，功率放大器通过信号线与频谱分析仪相连，频谱分析仪通过网线与控制计算机相连。

一种基于天线辐射特性的射频仿真信号环境监测系统，所述频谱分析仪为Agilent公司N9030A频谱仪频率范围为10MHz～26.5GHz，功率测量精度±0.19dB。

一种基于天线辐射特性的射频仿真信号环境监测系统，所述组合喇叭天线由3个1GHz～18GHz的宽波束喇叭天线口面向外组合构成，各喇叭轴线指向相隔120°，喇叭天线尾部通过连接件进行固定，且连接件中心预留安装孔，以便将喇叭天线组合通过该安装孔利用螺钉固定至支架顶部；其中任一喇叭单元轴线指向天线阵列的零位，安装时固定在附属平台的位置A处，并保持固定状态。

一种基于天线辐射特性的射频仿真信号环境监测系统，所述支架采用木质材料加工，支架高度超过暗室内吸波材料的高度；支架底部圆盘留有定位孔，使用时将支架通过附属平台的固定销进行定位。

一种基于天线辐射特性的射频仿真信号环境监测系统，所述功率放大器采用Agilent公司83017A功率放大器，频率范围0.5GHz～26.5GHz，最大输出功率20dBm，增益30dB。

一种基于天线辐射特性的射频仿真信号环境监测方法，利用天线辐射特性和空间位置关系，采用计算机控制的频谱分析仪对微波暗室内的信号环境进行实时采集、记录和处理，其步骤如下：

1)、在装备进场前，在天线阵列馈电通道输入端按照被试装备工作频点注入射频信号，将标准天线安装在球心处的转台上，利用频谱仪测量标准天线接收的信号功率大小，逐渐加大输入射频信号，直到在球心处测量到1dB压缩点P_-1dB；利用下式计算球心处最大功率密度；

其中，L为连接频谱仪与标准喇叭射频电缆的线损；λ为工作波长；G为标准天线增益；

2)、同时，安装于附属平台位置P处的信号监测系统记录该频点的信号参考功率大小，测试按照天线辐射特性进行，此时监测系统记录的信号大小对应于球心处最大功率密度，建立信号功率参考值文件，其格式如：序号：1、2、3……；频率f₁、f₂、f₃……；球心处功率P₁、P₂、P₃……；P点功率P₁'、P₂'、P₃'……；

试验时，天线阵列球心处已安放被试装备，此时，仅需通过附属平台上的信号监测系统对试验频点功率进行测试记录，并与试验前建立的信号功率参考值进行比对，将差值通过天线阵列馈电通道中程控衰减器进行修正，从而保证了功率在整个试验过程中的一致性；

具体部件性能：

a.支架采用能够避免射频信号反射影响仿真试验的木质材料加工，高度应超过暗室内吸波材料的高度，底部圆盘留有定位孔，使用时将支架通过附属平台的固定销进行定位；

b.组合喇叭天线由3个1GHz～18GHz的宽波束喇叭天线口面向外组合安装得到，各喇叭轴线指向相隔120°，喇叭天线尾部通过连接件进行固定，且连接件中心预留安装孔，以便将喇叭天线组合通过该安装孔利用螺钉固定至支架顶部；

c.功率放大器采用Agilent公司83017A功率放大器，频率范围0.5GHz～26.5GHz，最大输出功率20dBm，增益30dB；

d.频谱分析仪采用Agilent公司N9030A频谱分析仪，频率范围10MHz～26.5GHz，功率测量精度±0.19dB；

e.信号监测系统组成的接口关系，序号1源喇叭天线组合与输出目标功率放大器的接口标准SMA，序号2源功率放大器与输出目标频谱仪的接口标准SMA，序号3源频谱仪与输出目标控制计算机的接口标准以太网。

一种基于天线辐射特性的射频仿真信号环境监测方法，所述的对微波暗室内的信号环境进行实时采集微波暗室内的信号环境包括频率在1GHz～18GHz、功率在-70dBmW～20dBmW范围，信号监测系统能实现360°范围内信号频谱、功率等参数的实时监测与记录。

由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下有益效果：

本发明一种基于天线辐射特性的射频仿真信号环境监测系统及方法，能够为探测设备仿真试验过程的信号环境监测提供一种有效的技术手段，利用天线辐射特性可实现在天线阵列球心以外的位置实现对射频信号频率、幅度等多种信号参数的实时监测和自动数据处理，不影响试验过程中被试装备对信号的正常接收。同时监测系统组成的结构简单、体积较小，易于实现，使用方便；且系统稳定性高，可维护性好；并且亦可推广应用于通信对抗仿真试验等领域。

附图说明

图1信号监测系统组成连接示意图；

图2信号监测系统布局示意图；

图3信号功率监测示意图；

图4支架尺寸示意图；

图5喇叭天线组合安装示意图。

具体实施方式

如图1、2、3、4、5所示，一种基于天线辐射特性的射频仿真信号环境监测系统，包括：支架、组合喇叭天线、频谱分析仪、控制计算机、微波暗室，位于微波暗室内附属平台的支架上设置有组合喇叭天线，组合喇叭天线通过射频线缆与功率放大器相连，功率放大器通过信号线与频谱分析仪相连，频谱分析仪通过网线与控制计算机相连。

本发明突破传统的常规思路，利用天线辐射特性原理和空间位置关系，通过将多种不同功能的微波器件进行巧妙组合，实现射频仿真试验中球心处信号参数的实时监测的方案。经实践，通过本方案可以对频率在1GHz～18GHz、功率在-70dBmW～20dBmW范围内多种调制样式组合的复杂电磁信号进行监测和记录。

本发明提出的信号监测系统包括支架、喇叭天线组合、频谱仪、控制计算机以及连接线缆组成，其连接示意图、布局示意图如图1和图2所示。其中，支架用来架设喇叭天线，喇叭天线组合的其中任一喇叭单元轴线指向天线阵列的零位，安装时固定在附属平台的位置A处，并保持状态不变；控制计算机通过网线实现对频谱仪的程控，并对监测数据进行采集分析。

本发明信号监测系统可实现360°范围内信号频谱、功率等参数的实时监测与记录。其中，对球心处功率的监测原理如下：

在装备进场前，在天线阵列馈电通道输入端按照被试装备工作频点注入射频信号，将标准天线安装在球心处的转台上，利用频谱仪测量标准天线接收的信号功率大小，逐渐加大输入射频信号，直到在球心处测量到1dB压缩点P_-1dB。利用下式计算球心处最大功率密度。

其中，L为连接频谱仪与标准喇叭射频电缆的线损；

λ为工作波长；

G为标准天线增益。

同时，安装于附属平台位置P处的信号监测系统记录该频点的信号参考功率大小，测试示意图如图3所示。按照天线辐射特性原理，此时监测系统记录的信号大小对应于球心处最大功率密度，建立信号功率参考值文件，其格式如表1所示。试验时，天线阵列球心处已安放被试装备，此时，仅需通过附属平台上的信号监测系统对试验频点功率进行测试记录，并与试验前建立的信号功率参考值进行比对，将差值通过天线阵列馈电通道中程控衰减器进行修正，从而保证了功率在整个试验过程中的一致性。

表1信号监测记录表

各部分设计实现

(1)支架，为避免射频信号反射影响仿真试验，支架采用木质材料加工，高度应超过暗室内吸波材料的高度。底部圆盘留有定位孔，使用时将支架通过附属平台的固定销进行定位。具体尺寸见图4所示。

(2)喇叭天线组合，由3个1GHz～18GHz的宽波束喇叭天线口面向外组合安装得到，各喇叭轴线指向相隔120°，喇叭天线尾部通过连接件进行固定，且连接件中心预留安装孔，以便将喇叭天线组合通过该安装孔利用螺钉固定至支架顶部，其安装示意图如图5所示。

(3)功率放大器，采用Agilent公司83017A功率放大器，频率范围0.5GHz～26.5GHz，最大输出功率20dBm，增益30dB。

(4)频谱分析仪，采用Agilent公司N9030A频谱分析仪，频率范围10MHz～26.5GHz，功率测量精度±0.19dB。

接口方案，系统中各部分的接口关系如表2所示。

表2信号监测系统各组成部分接口关系

Claims (7)

1.一种基于天线辐射特性的射频仿真信号环境监测系统，其特征是：包括：支架、组合喇叭天线、频谱分析仪、控制计算机、微波暗室，位于微波暗室内附属平台的支架上设置有组合喇叭天线，组合喇叭天线通过射频线缆与功率放大器相连，功率放大器通过信号线与频谱分析仪相连，频谱分析仪通过网线与控制计算机相连。

2.根据权利要求1所述的一种基于天线辐射特性的射频仿真信号环境监测系统，其特征是：所述频谱分析仪为Agilent公司N9030A频谱仪频率范围为10MHz～26.5GHz，功率测量精度±0.19dB。

3.根据权利要求1所述的一种基于天线辐射特性的射频仿真信号环境监测系统，其特征是：所述组合喇叭天线由3个1GHz～18GHz的宽波束喇叭天线口面向外组合构成，各喇叭轴线指向相隔120°，喇叭天线尾部通过连接件进行固定，且连接件中心预留安装孔，以便将喇叭天线组合通过该安装孔利用螺钉固定至支架顶部；其中任一喇叭单元轴线指向天线阵列的零位，安装时固定在附属平台的位置A处，并保持固定状态。

4.根据权利要求1所述的一种基于天线辐射特性的射频仿真信号环境监测系统，其特征是：所述支架采用木质材料加工，支架高度超过暗室内吸波材料的高度；支架底部圆盘留有定位孔，使用时将支架通过附属平台的固定销进行定位。

5.根据权利要求1所述的一种基于天线辐射特性的射频仿真信号环境监测系统，其特征是：所述功率放大器采用Agilent公司83017A功率放大器，频率范围0.5GHz～26.5GHz，最大输出功率20dBm，增益30dB。

6.一种基于天线辐射特性的射频仿真信号环境监测方法，其特征是：利用天线辐射特性和空间位置关系，通过计算机控制的频谱分析仪对微波暗室内的信号环境进行实时采集、记录和处理，其步骤如下：

1)、在装备进场前，在天线阵列馈电通道输入端按照被试装备工作频点注入射频信号，将标准天线安装在球心处的转台上，利用频谱仪测量标准天线接收的信号功率大小，逐渐加大输入射频信号，直到在球心处测量到1dB压缩点P_-1dB；利用下式计算球心处最大功率密度；

$\mathrm{\χ}=\frac{4\mathrm{\π}\·P_{-1dB}\·L}{{\mathrm{\λ}}^2\·G}$

其中，L为连接频谱仪与标准喇叭射频电缆的线损；λ为工作波长；G为标准天线增益；

2)、同时，安装于附属平台位置P处的信号监测系统记录该频点的信号参考功率大小，测试按照天线辐射特性进行，此时监测系统记录的信号大小对应于球心处最大功率密度，建立信号功率参考值文件，其格式如：序号：1、2、3……；频率f₁、f₂、f₃……；球心处功率P₁、P₂、P₃……；P点功率P₁'、P₂'、P₃'……；

试验时，天线阵列球心处已安放被试装备，此时，仅需通过附属平台上的信号监测系统对试验频点功率进行测试记录，并与试验前建立的信号功率参考值进行比对，将差值通过天线阵列馈电通道中程控衰减器进行修正，从而保证了功率在整个试验过程中的一致性；具体部件性能：

a.支架采用能够避免射频信号反射影响仿真试验的木质材料加工，高度应超过暗室内吸波材料的高度，底部圆盘留有定位孔，使用时将支架通过附属平台的固定销进行定位；

b.组合喇叭天线由3个1GHz～18GHz的宽波束喇叭天线口面向外组合安装得到，各喇叭轴线指向相隔120°，喇叭天线尾部通过连接件进行固定，且连接件中心预留安装孔，以便将喇叭天线组合通过该安装孔利用螺钉固定至支架顶部；

c.功率放大器采用Agilent公司83017A功率放大器，频率范围0.5GHz～26.5GHz，最大输出功率20dBm，增益30dB；

d.频谱分析仪采用Agilent公司N9030A频谱分析仪，频率范围10MHz～26.5GHz，功率测量精度±0.19dB；

e.信号监测系统组成的接口关系，序号1源喇叭天线组合与输出目标功率放大器的接口标准SMA，序号2源功率放大器与输出目标频谱仪的接口标准SMA，序号3源频谱仪与输出目标控制计算机的接口标准以太网。

7.根据权利要求6所述的一种基于天线辐射特性的射频仿真信号环境监测方法，其特征是：所述的对微波暗室内的信号环境进行实时采集微波暗室内的信号环境包括频率在1GHz～18GHz、功率在-70dBmW～20dBmW范围，信号监测系统能实现360°范围内信号频谱、功率等参数的实时监测与记录。