CN106908673A - 一种高空电场辐射敏感度自动化测试系统 - Google Patents
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Abstract
一种高空电场辐射敏感度自动化测试系统，涉及电磁兼容测试技术领域；包括大型被测试件、发射天线系统、大功率信号模拟系统、高空升级平台、场强监视器、电场探头和控制计算机；控制计算机将控制指令通过信号接口板发送至大功率信号模拟系统；大功率信号模拟系统，生成小功率微波信号，对小功率微波信号进行放大处理，生成大功率微波信号传输至发射天线系统；发射天线系统将耦合后的大功率微波信号向空间进行辐射发射，在空间中产生高场强电磁波信号；电场探头对发射天线系统在空间中所产生的高场强电磁波信号进行实时监测，并通过场强检测器将监测结果发送至控制计算机。本发明可满足运载火箭等大型被测件18m高度以内的电场敏感度测试要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种电磁兼容测试技术领域，特别是一种高空电场辐射敏感度自动化测试系统。
背景技术
电场敏感度测试是电磁兼容测试项目的一部分，目前电场辐射发射测试系统配置参照GJB152A-1997《军用设备和分系统电磁辐射发射和敏感度测量》中RS103项目进行配置，该测试的配置边界为距地面0.9m高的测试桌，被测设备放置在测试桌上面。
该系统的缺点：对于大型被测系统，例如运载火箭，测试高度高达18m，并且被测件上无法安装电场传感器，上述被测系统无法对所施加电场进行测量，无法满足高空测试的要求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种高空电场辐射敏感度自动化测试系统，设计了一种具备高空电场辐射敏感度测试的自动化测试系统，可满足运载火箭等大型被测件18m高度以内的电场敏感度测试要求。
本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：
一种高空电场辐射敏感度自动化测试系统，包括大型被测试件、发射天线系统、大功率信号模拟系统、高空升级平台、场强监视器、电场探头和控制计算机；
控制计算机：发出控制指令，并将控制指令通过信号接口板发送至大功率信号模拟系统；接收大功率信号模拟系统传来的前向功率监测信号，进行监测存储；接收大功率信号模拟系统传来的反向功率监测信号，进行监测存储；接收场强检测器传来的监测结果，对监测结果进行判断，根据判断结果对大功率信号模拟系统进行调试；
大功率信号模拟系统：接收控制计算机传来的控制指令，生成小功率微波信号，对小功率微波信号进行放大处理，生成大功率微波信号，将大功率微波信号分为三路，将其中一路大功率微波信号传输至发射天线系统；将第二路大功率微波信号进行耦合处理，生成前向功率监测信号，并将前向功率监测信号发送至控制计算机；对第三路大功率微波信号进行耦合处理，生成反向功率监测信号，将反向功率监测信号发送至控制计算机；
发射天线系统：接收大功率信号模拟系统传来的耦合后的大功率微波信号，将耦合后的大功率微波信号向空间进行辐射发射，在空间中产生高场强电磁波信号；
高空升级平台：控制大功率信号模拟系统的升降，并提供供电接口和控制信号接口；
电场探头：对发射天线系统在空间中所产生的高场强电磁波信号进行实时监测，并将监测数据输出至场强检测器；
场强检测器：接收电场探头传来的监测数据，并实时显示监测结果，并将监测结果发送至控制计算机。
在上述的一种高空电场辐射敏感度自动化测试系统，所述的大型被测试件、发射天线系统、大功率信号模拟系统、高空升级平台和电场探头固定安装在屏蔽暗室内；所述信号接口板固定安装在屏蔽暗室侧壁上，实现屏蔽暗室外部的控制计算机与屏蔽暗室内部的大功率信号模拟系统的连接。
在上述的一种高空电场辐射敏感度自动化测试系统，所述的高空升级平台朝向大型被测试件的侧壁上固定安装有尖劈吸波材料。
在上述的一种高空电场辐射敏感度自动化测试系统，所述的大功率信号模拟系统包括信号源、功率放大器、定向耦合器、反向功率计和前向功率计；
信号源：接收控制计算机传来的控制指令，生成小功率微波信号，并将小功率微波信号传输至功率放大器；
功率放大器：接收信号源传来的小功率微波信号，对小功率微波信号进行放大处理，生成大功率微波信号，并将大功率微波信号传输至定向耦合器；
定向耦合器：接收功率放大器传来的大功率微波信号；将大功率微波信号分为三路，将其中一路大功率微波信号传输至发射天线系统；将第二路大功率微波信号进行耦合处理，生成前向功率监测信号，并将前向功率监测信号传输至前向功率计；对第三路大功率微波信号进行耦合处理，生成反向功率监测信号，将反向功率监测信号发送至反向功率计；将耦合后的大功率微波信号发送至发射天线系统；
反向功率计：接收定向耦合器传来的反向功率监测信号，将反向功率监测信号发送至控制计算机；
前向功率计：接收定向耦合器传来的前向功率监测信号，将前向功率监测信号发送至控制计算机。
在上述的一种高空电场辐射敏感度自动化测试系统，所述的大功率信号模拟系统包括微波矩阵开关和5台功率放大器；其中微波矩阵开关包括5个开关，每个开关与一台功率放大器对应连接；通过与不同开关的连接，实现选择不同的功率放大器。
在上述的一种高空电场辐射敏感度自动化测试系统，所述的5台功率放大器分别为：频段为1-2.5GHz，输出功率为300W；频段为2.5GHz-7.5GHz，输出功率为200W；频段为7.5GHz-18GHz，输出功率为100W；频段为18-26.5GHz，输出功率为40W和频段为26.5-40GHz，输出功率40W。
在上述的一种高空电场辐射敏感度自动化测试系统，所述的发射天线系统包括多个喇叭形天线，喇叭形天线后端安装有自动极化转化装置，实现0～90°极化角度的选装。
在上述的一种高空电场辐射敏感度自动化测试系统，控制计算机对场强检测器传来的监测结果进行判断，根据判断结果对大功率信号模拟系统进行调试的具体内容为：当监测结果小于测试要求的电磁波信号时，发出增大功率微波控制信号至信号源，控制信号源发出增大功率的微波控制信号；当监测结果大于测试要求的电磁波信号时，发出减小功率微波控制信号至信号源，控制信号源发出减小功率的微波控制信号。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
(1)本发明中，大功率信号模拟系统，配置5台功率放大器和一个微波矩阵开关，每个开关与一台功率放大器对应连接；通过与不同开关的连接，实现选择不同的功率放大器，可满足1-40GHz全频段的测量需求；
(2)本发明发射天线系统中的天线采用喇叭天线形式，天线后端带自动极化转化装置，可实现0～90度极化角度的变化；
(3)本发明中高考升级平台靠近被测区域的一侧粘贴吸波材料，消除金属对电磁波反射影响测试精度，确保了高空升级平台金属结构对被测区域的电场均匀性不造成影响。
附图说明
图1为本发明高空电场敏感度测试系统组成示意图；
图2为本发明大功率信号模拟系统组成示意图；
图3为本发明高空升级平台组成示意图；
图4为本发明功率放大器组成示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：
针对现有电磁兼容测试系统无法满足高空电场辐射敏感度测试的情况，设计一种具备高空电场辐射敏感度测试的自动化测试系统，可满足运载火箭等大型被测件18m高度以内的电场敏感度测试要求。
高空电场敏感度自动测试系统主要功能为模拟产生1～18GHz频段的电场环境，通过发射天线施加至大型被测件周围，在3～18m高度范围内产生20～200V/m的电场强度，检验被测产品在辐射电磁干扰情况下是否正常工作。
如图1所示为高空电场敏感度测试系统组成示意图，由图可知，一种高空电场辐射敏感度自动化测试系统，包括大型被测试件、发射天线系统、大功率信号模拟系统、高空升级平台、场强监视器、电场探头和控制计算机；其中，大型被测试件、发射天线系统、大功率信号模拟系统、高空升级平台和电场探头固定安装在屏蔽暗室内；所述信号接口板固定安装在屏蔽暗室侧壁上，实现屏蔽暗室外部的控制计算机与屏蔽暗室内部的大功率信号模拟系统的连接。
控制计算机：发出控制指令，并将控制指令通过信号接口板发送至大功率信号模拟系统；接收大功率信号模拟系统传来的前向功率监测信号，进行监测存储；接收大功率信号模拟系统传来的反向功率监测信号，进行监测存储；接收场强检测器传来的监测结果，对监测结果进行判断，根据判断结果对大功率信号模拟系统进行调试；控制计算机对场强检测器传来的监测结果进行判断，根据判断结果对大功率信号模拟系统进行调试的具体内容为：当监测结果小于测试要求的电磁波信号时，发出增大功率微波控制信号至信号源，控制信号源发出增大功率的微波控制信号；当监测结果大于测试要求的电磁波信号时，发出减小功率微波控制信号至信号源，控制信号源发出减小功率的微波控制信号。
如图2所示为大功率信号模拟系统组成示意图，由图可知，大功率信号模拟系统包括信号源、功率放大器、定向耦合器、反向功率计和前向功率计；大功率信号模拟系统主要功能为产生1～40GHz频率范围的大功率微波信号，主要由信号源、功率放大器、功率计等设备构成。系统主要工作原理：信号源产生1～40GHz频率的小功率(约-30dBm～0dBm)正弦波信号，信号通过射频线缆输入至功率放大器，功率放大器将信号放大0～50dB。采用功率计对功率放大器输出信号的前向功率、反向功率进行实时监测，判定系统功率输出状态。
信号源：接收控制计算机传来的控制指令，生成小功率微波信号，并将小功率微波信号传输至功率放大器；
功率放大器：接收信号源传来的小功率微波信号，对小功率微波信号进行放大处理，生成大功率微波信号，并将大功率微波信号传输至定向耦合器；
定向耦合器：接收功率放大器传来的大功率微波信号；将大功率微波信号分为三路，将其中一路大功率微波信号传输至发射天线系统；将第二路大功率微波信号进行耦合处理，生成前向功率监测信号，并将前向功率监测信号传输至前向功率计；对第三路大功率微波信号进行耦合处理，生成反向功率监测信号，将反向功率监测信号发送至反向功率计；将耦合后的大功率微波信号发送至发射天线系统；
反向功率计：接收定向耦合器传来的反向功率监测信号，将反向功率监测信号发送至控制计算机；
前向功率计：接收定向耦合器传来的前向功率监测信号，将前向功率监测信号发送至控制计算机。发射天线系统：接收大功率信号模拟系统传来的耦合后的大功率微波信号，将耦合后的大功率微波信号向空间进行辐射发射，在空间中产生高场强电磁波信号；
如图3所示为高空升级平台组成示意图，由图可知，高空升级平台：控制大功率信号模拟系统的升降，并提供供电接口和控制信号接口；且高空升级平台朝向大型被测试件的侧壁上固定安装有尖劈吸波材料。高空升降平台是满足关键测试设备升级的设备，可以将测试设备提升至3～18m的测试高度，满足不同高度范围的测试需求。高空升降平台上具备随平台升降的供电系统、光纤控制系统，可满足基础测试供电和控制需求。
电场探头：对发射天线系统在空间中所产生的高场强电磁波信号进行实时监测，并将监测数据输出至场强检测器；
场强检测器：接收电场探头传来的监测数据，并实时显示监测结果，并将监测结果发送至控制计算机。
如图4所示为功率放大器组成示意图，由图可知，大功率信号模拟系统包括微波矩阵开关和5台功率放大器；其中微波矩阵开关包括5个开关，每个开关与一台功率放大器对应连接；通过与不同开关的连接，实现选择不同的功率放大器。
台功率放大器分别为：频段为1-2.5GHz，输出功率为300W；频段为2.5GHz-7.5GHz，输出功率为200W；频段为7.5GHz-18GHz，输出功率为100W；频段为18-26.5GHz，输出功率为40W和频段为26.5-40GHz，输出功率40W。
发射天线系统包括多个喇叭形天线，喇叭形天线后端安装有自动极化转化装置，实现0～90°极化角度的选装。发射天线具备位置调节功能，可实现水平、垂直方向的调节，确保发射天线中心正对被测件的待测区域。测试天线中心位置安装激光测距设备，可精确获取测试天线口面距被测件的距离。
发射天线系统的天线支架采用非金属复合材料制作，避免金属对天线性能的影响。
电场敏感度试验在屏蔽暗室中开展，其中大功率信号模拟系统和发射天线安装在高空升级平台上，高空升级平台上的设备通过光纤与屏蔽暗室外部的控制计算机连接，操作人员在屏蔽暗室外部进行对测试流程进行控制实现自动化测试，可避免电磁辐射对人员造成的影响。
效果：
通过高空电场敏感度自动化测试系统的研制，可解决大型被测件高空电场敏感度电磁兼容试验无法开展的难题。测试系统采用激光精确测距、地面校准等方法提高了高空测试的精度。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。
Claims (8)
1.一种高空电场辐射敏感度自动化测试系统，其特征在于：包括大型被测试件、发射天线系统、大功率信号模拟系统、高空升级平台、场强监视器、电场探头和控制计算机；
控制计算机：发出控制指令，并将控制指令通过信号接口板发送至大功率信号模拟系统；接收大功率信号模拟系统传来的前向功率监测信号，进行监测存储；接收大功率信号模拟系统传来的反向功率监测信号，进行监测存储；接收场强检测器传来的监测结果，对监测结果进行判断，根据判断结果对大功率信号模拟系统进行调试；
大功率信号模拟系统：接收控制计算机传来的控制指令，生成小功率微波信号，对小功率微波信号进行放大处理，生成大功率微波信号，将大功率微波信号分为三路，将其中一路大功率微波信号传输至发射天线系统；将第二路大功率微波信号进行耦合处理，生成前向功率监测信号，并将前向功率监测信号发送至控制计算机；对第三路大功率微波信号进行耦合处理，生成反向功率监测信号，将反向功率监测信号发送至控制计算机；
发射天线系统：接收大功率信号模拟系统传来的耦合后的大功率微波信号，将耦合后的大功率微波信号向空间进行辐射发射，在空间中产生高场强电磁波信号；
高空升级平台：控制大功率信号模拟系统的升降，并提供供电接口和控制信号接口；
电场探头：对发射天线系统在空间中所产生的高场强电磁波信号进行实时监测，并将监测数据输出至场强检测器；
场强检测器：接收电场探头传来的监测数据，并实时显示监测结果，并将监测结果发送至控制计算机。
2.根据权利要求1所述的一种高空电场辐射敏感度自动化测试系统，其特征在于：所述的大型被测试件、发射天线系统、大功率信号模拟系统、高空升级平台和电场探头固定安装在屏蔽暗室内；所述信号接口板固定安装在屏蔽暗室侧壁上，实现屏蔽暗室外部的控制计算机与屏蔽暗室内部的大功率信号模拟系统的连接。
3.根据权利要求1所述的一种高空电场辐射敏感度自动化测试系统，其特征在于：所述的高空升级平台朝向大型被测试件的侧壁上固定安装有尖劈吸波材料。
4.根据权利要求1所述的一种高空电场辐射敏感度自动化测试系统，其特征在于：所述的大功率信号模拟系统包括信号源、功率放大器、定向耦合器、反向功率计和前向功率计；
信号源：接收控制计算机传来的控制指令，生成小功率微波信号，并将小功率微波信号传输至功率放大器；
功率放大器：接收信号源传来的小功率微波信号，对小功率微波信号进行放大处理，生成大功率微波信号，并将大功率微波信号传输至定向耦合器；
定向耦合器：接收功率放大器传来的大功率微波信号；将大功率微波信号分为三路，将其中一路大功率微波信号传输至发射天线系统；将第二路大功率微波信号进行耦合处理，生成前向功率监测信号，并将前向功率监测信号传输至前向功率计；对第三路大功率微波信号进行耦合处理，生成反向功率监测信号，将反向功率监测信号发送至反向功率计；将耦合后的大功率微波信号发送至发射天线系统；
反向功率计：接收定向耦合器传来的反向功率监测信号，将反向功率监测信号发送至控制计算机；
前向功率计：接收定向耦合器传来的前向功率监测信号，将前向功率监测信号发送至控制计算机。
5.根据权利要求1所述的一种高空电场辐射敏感度自动化测试系统，其特征在于：所述的大功率信号模拟系统包括微波矩阵开关和5台功率放大器；其中微波矩阵开关包括5个开关，每个开关与一台功率放大器对应连接；通过与不同开关的连接，实现选择不同的功率放大器。
6.根据权利要求5所述的一种高空电场辐射敏感度自动化测试系统，其特征在于：所述的5台功率放大器分别为：频段为1-2.5GHz，输出功率为300W；频段为2.5GHz-7.5GHz，输出功率为200W；频段为7.5GHz-18GHz，输出功率为100W；频段为18-26.5GHz，输出功率为40W和频段为26.5-40GHz，输出功率40W。
7.根据权利要求1所述的一种高空电场辐射敏感度自动化测试系统，其特征在于：所述的发射天线系统包括多个喇叭形天线，喇叭形天线后端安装有自动极化转化装置，实现0～90°极化角度的选装。
8.根据权利要求4所述的一种高空电场辐射敏感度自动化测试系统，其特征在于：控制计算机对场强检测器传来的监测结果进行判断，根据判断结果对大功率信号模拟系统进行调试的具体内容为：当监测结果小于测试要求的电磁波信号时，发出增大功率微波控制信号至信号源，控制信号源发出增大功率的微波控制信号；当监测结果大于测试要求的电磁波信号时，发出减小功率微波控制信号至信号源，控制信号源发出减小功率的微波控制信号。
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