CN106772177B - 一种基于混响室和传递探头的电磁场传感器校准系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种基于混响室和传递探头的电磁场传感器校准系统，所述系统包括：混响室；置于所述混响室内工作区域连接有场强计的传递探头；位于所述混响室内的搅拌器和发射天线；和位于所述混响室外与所述发射天线连接的电磁场信号发生装置，本发明基于混响室技术，可以实现置于所述混响室内工作区域的电磁场传感器校准，可以使用宽带天线代替角锥喇叭天线，提高电磁场传感器校准的效率，使用混响室代替微波暗室，可以使用20W的功率放大器产生200V/m的场强环境，能够降低校准成本，同时使用传递探头法可以将电磁场传感器的校准结果溯源至微波暗室中的标准场强环境，实现电磁场传感器校准的溯源，保证电磁场传感器校准的准确性。

Description

一种基于混响室和传递探头的电磁场传感器校准系统
技术领域
本发明涉及电磁场传感器校准领域。更具体地，涉及一种基于混响室和传递探头的电磁场传感器校准系统。
背景技术
场强是无线电的基本参数之一，电磁场传感器是测量场强的常用设备。标准场强环境的研建及电磁场传感器的校准一直是国内外计量机构的一个发展方向。由于电磁场传感器使用的数量多，因此如何提高电磁场传感器校准效率，降低电磁场传感器校准成本成为电磁场传感器的校准技术的发展方向之一。
传统的电磁场传感器校准国际上依据的主要标准是国际电气电子工程师协会(IEEE)电磁兼容分会颁布的IEEE Std 1309-2005《IEEE Standard for calibration ofelectromagnetic field sensors and probes,excluding antennas,from 9kHz to40GHz》。该标准在不同频段对不同场强类型和作用域描述了九种场强产生方法，为电磁场传感器的校准提供了标准场强环境。1GHz～40GHz频段电磁场传感器的校准通常采用包括角锥喇叭天线的微波暗室，该校准系统的结构如图1所示。
该方法将微波信号通过角锥喇叭天线在微波暗室中生成标准电磁场强环境，实现电磁场强传感器的校准。在实际使用中该方法存在着诸多不便。首先为了实现1GHz～18GHz频段电磁场传感器的校准，需要使用八个不同的角锥喇叭天线覆盖全频段，更换天线带来了操作上的繁琐与不便；其次为了实现200V/m场强环境下电磁场传感器的校准，需要使用200W功率放大器；最后该方法必须在性能优良的微波暗室中进行。综合如上因素，使用包括角锥喇叭天线的微波暗室进行电磁场传感器的校准，既不方便，成本又高。
因此，需要提供一种基于混响室和传递探头的电磁场传感器校准系统，以实现高效低成本的对电磁场传感器进行校准。
发明内容
本发明要解决的一个技术问题是提供一种基于混响室和传递探头的电磁场传感器校准系统，以实现高效低成本的对电磁场传感器进行校准。
为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案：
本发明公开了一种基于混响室和传递探头的电磁场传感器校准系统，其特征在于，所述系统包括：
混响室；
置于所述混响室内工作区域连接有场强计的传递探头；
位于所述混响室内的搅拌器和发射天线；和
位于所述混响室外与所述发射天线连接的电磁场信号发生装置。
优选地，所述电磁场信号发生装置包括依次连接的信号发生器、功率放大器和功率监测子系统，所述功率监测子系统与所述发射天线连接。
优选地，所述功率监测子系统包括定向耦合器、衰减器、功率计或功率敏感器，所述定向耦合器与所述功率放大器和所述发射天线分别连接。
优选地，所述搅拌器旋转一周的步进数不小于250次。
优选地，所述功率放大器的输出功率为20W时，在所述混响室中产生的场强为200V/m以上。
优选地，所述传递探头的总场强为
其中，为搅拌器搅拌一周的传递探头的平均总场，为搅拌器搅拌一周的传递探头的每个轴向的平均场强；
所述待校准的电磁场传感器的总场强为
其中，为搅拌器搅拌一周的待校准的电磁场传感器的平均总场，为搅拌器搅拌一周的待校准的电磁场传感器的每个轴向的平均场强；
因此，待校准的电磁场传感器的场强修正因子为
优选地，所述传递探头为经过微波暗室校准过的传递探头。
优选地，所述混响室的长、宽和高不超过2m。
优选地，所述系统的频段覆盖范围为1GHz～18GHz，场强幅度覆盖范围为5V/m～200V/m。
本发明的有益效果如下：
本发明基于混响室技术，使用宽带喇叭天线代替角锥喇叭天线，提高工作效率，使用混响室代替微波暗室，可以使用20W的功率放大器在最长边不超过2米的混响室中产生200V/m的场强环境，而不需要使用微波暗室和200W功率放大器，能够降低校准成本，同时，使用传递探头法可以将电磁场传感器的校准结果溯源至微波暗室中的标准场强环境，实现电磁场传感器校准的溯源，保证电磁场传感器校准的准确性。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1示出现有技术中包括角锥喇叭天线的微波暗室电磁场传感器校准系统的结构示意图。
图2示出本发明一种基于混响室和传递探头的电磁场传感器校准系统的结构示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
如图2所示，本发明公开了一种基于混响室和传递探头的电磁场传感器校准系统，所述系统包括：混响室、连接有场强计的传递探头、搅拌器和发射天线和电磁场信号发生装置。所述系统的频段覆盖范围为1GHz～18GHz或更宽，场强幅度覆盖范围为5V/m～200V/m或更大。
所述混响室优选为高Q值的金属腔体，其长、宽和高优选的一般不超过2m。
所述连接有场强计的传递探头和待校准的电磁场传感器置于所述混响室内工作区域，所述传递探头为经过微波暗室校准过的传递探头。
所述搅拌器和发射天线位于所述混响室内。所述搅拌器旋转一周的步进数优选一般不小于250次。
所述电磁场信号发生装置位于所述混响室外与所述发射天线连接。所述电磁场信号发生装置可包括依次连接的信号发生器、功率放大器和功率监测子系统，所述功率监测子系统与所述发射天线连接。所述功率监测子系统可包括定向耦合器、衰减器、功率计或功率敏感器，所述定向耦合器与所述功率放大器和所述发射天线分别连接。所述功率放大器的输出功率在20W以下，在所述混响室中产生的场强可达到200V/m。
在本实施例中，混响室的大小为1.5m×1m×0.8m，由于混响室内的电磁场分布较为复杂，所以需要采用统计的方法进行分析，并需要将场强溯源至微波暗室的标准场强中。采集在混响室中搅拌器搅拌一周，即步进250步时不同场强需要的输入功率，采集结果如表1所示
表1不同频率下混响室内产生不同场强幅度所需的输入功率
对于混响室，在一个搅拌周期内的平均场强具有一定的统计特性，这个统计特性对于单个搅拌位置并不适用，也不具有任何意义。因此在实际操作时需要将混响室搅拌器以一定步进角旋转一周，每个角度纪录传递探头和待校准的电磁场传感器每个轴向的场强结果。搅拌器旋转一周后计算传递探头和待校准的电磁场传感器每个轴向的场强结果的平均值，本实施例中，搅拌器旋转一周的步进次数为250步，选取250步进为实际测量的步进数，通过不同步数测量的混响室内的场强如表2所示，当步数取250步以上时，场强趋于稳定。
表2不同搅拌步进下的场强计算结果
利用混响室开展对待校准的电磁场传感器进行校准时，校准过程中传递探头和被校准电磁场传感器应同时置于校准区域内。
由此，计算所述传递探头的总场强为
其中，为搅拌器搅拌一周的传递探头的平均总场，为搅拌器搅拌一周的传递探头的每个轴向的平均场强；
所述待校准的电磁场传感器的总场强为
其中，为搅拌器搅拌一周的待校准的电磁场传感器的平均总场，为搅拌器搅拌一周的待校准的电磁场传感器的每个轴向的平均场强；
因此，待校准的电磁场传感器的场强修正因子为
根据待校准的电磁场传感器的场强修正因子和经过微波暗室校准过的传递探头可将电磁场传感器的校准结果溯源至微波暗室中的标准场强环境，实现电磁场传感器校准的溯源，保证电磁场传感器校准的准确性。
为了验证该方法的可行性，在微波暗室标准场强及混响室中测量同一电磁场传感器，测量结果如表3所示。表中数据表明，电磁场传感器在混响室中和微波场强标准中的结果最大偏差为0.76dB，在微波暗室标准场强不确定度为1.1dB，因此，采用本发明对电磁场传感器进行校准具有很高的准确性。
表3电磁场传感器在混响室中和微波场强标准中的测试结果
综上所述，本发明提出了一种基于混响室和传递探头进行电磁场传感器进行校准的校准系统。该系统建立在现有的微波暗室场强标准的基础上，需要使用在微波暗室场强标准中校准的传递探头。与传统方法相比，以宽带天线代替角锥喇叭天线，以混响室代替微波暗室，以小功率放大器代替大功率放大器实现同样幅度的场强环境，具有高效低成本的优点。该方法覆盖1GHz～18GHz频段或更宽，场强幅度覆盖5V/m～200V/m或更高。
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 (8)

1.一种基于混响室和传递探头的电磁场传感器校准系统，其特征在于，所述系统包括：
混响室；
置于所述混响室内工作区域连接有场强计的传递探头，其中
所述传递探头的总场强为
其中，为搅拌器搅拌一周的传递探头的平均总场强 ，为搅拌器搅拌一周的传递探头的每个轴向的平均场强，
待校准的电磁场传感器的总场强为
其中，为搅拌器搅拌一周的待校准的电磁场传感器的平均总场强 ，为搅拌器搅拌一周的待校准的电磁场传感器的每个轴向的平均场强，
待校准的电磁场传感器的场强修正因子为
位于所述混响室内的搅拌器和发射天线；和
位于所述混响室外与所述发射天线连接的电磁场信号发生装置。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电磁场信号发生装置包括依次连接的信号发生器、功率放大器和功率监测子系统，所述功率监测子系统与所述发射天线连接。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述功率监测子系统包括定向耦合器、衰减器、功率计或功率敏感器，所述定向耦合器与所述功率放大器和所述发射天线分别连接。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述搅拌器旋转一周的步进数不小于250次。
5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述功率放大器的输出功率在20W时，在所述混响室中产生的场强为200V/m以上。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述传递探头为经过微波暗室校准过的传递探头。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述混响室的长、宽和高不超过2m。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统的频段覆盖1GHz～18GHz，场强幅度覆盖范围为5V/m～200V/m。
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