CN111551794B - 一种简易的场均匀性测试装置及其测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种简易的场均匀性测试装置及其测试方法，测试装置包括一对固定夹具、探头以及四个定滑轮，由定滑轮支撑牵引线，带动探头在辐射天线的支撑架下方移动，实现对场均匀性测试。本发明中试装置配套材料易于获取，费用低廉，避免了外加动力的需求，并避免了测试装置自身对外界电磁环境的影响，调试安装方便，易于拆卸、组装和放置，对辐射场空间无限制，适用性强；基于该测试设备的测试方法，科学合理，步骤清晰，操作性强。

Description

一种简易的场均匀性测试装置及其测试方法

技术领域

本发明涉及一种简易的场均匀性测试装置及其测试方法，属于电磁环境测试技术领域。

背景技术

为有效模拟电磁环境，通常需要建立相应指标的模拟器。模拟器辐射场环境是否满足试验需求，需要进行前期的测试和校准。其中，场均匀性测试是模拟器辐射场环境指标确定和试验的前提。目前，国内外对场均匀性测试都有相应的测试标准，通常采用同一垂直平面内的9点或16点测试位置的测试结果评价辐射场均匀性。

为准确评价场均匀性，对场均匀性测试设备和方法提出了较高的要求。首先，测试设备在辐射场区应尽量减小设备自身对场环境的影响，这就要求设备为非金属，且对场的影响尽量小；其次，不论采用几个测试点进行测试，都需要保证各个测试点测试结果的准确性，并且后续均匀性评价时也需要采用一定的数据处理方法以减小评估误差。为解决以上问题，多项专利在场均匀性测试设备或校准方法方面开展了研究。

专利《一种测试天线辐射场均匀性的自动测试装置，申请号CN201720652440.4》提出了一种测试天线辐射场均匀性的自动测试装置，利用可伸缩的定位杆调整测试距离，将测试探头固定在定位杆上。在测试截面上设置有若干个用于测试的探头，其中中心探头与发射天线处于同一轴线，其他每一个探头沿着测试截面的轴向可以移动，使得探头的测试位置变化，从而实现不同位置场的测试。专利《场均匀性校准支架，申请号CN201720774643.0》提出了一种场均匀性校准支架，通过设置不同的支杆插槽和探头连接槽改变测试位置，每测试一个测试点只需要将场强探头连接于对应的探头连接槽。这种装置定位准确，减少了定位和测试的时间，减少了测量的不确定性因素，提高了测试的可重复性，提高了测试效率。专利《具有场均匀性功能的测试架，申请号CN201210456015.X》提出了一种具有场均匀性功能的测试架，通过在多个横向连接结构上设有用于测量的场强探头进行同时测试，其测试架拆分成几个部分，便于携带，组装后形成一个面，测试过程中测试架不再移动，能精确的完成测试要求，同时节省测试时间。专利《用于快速校准瞬变电磁场场均匀性的新型系统，申请号CN201220430226.1》提出了一种用于快速校准瞬变电磁场场均匀性的新型系统，不仅能够用于支撑和固定探头，而且能够用于调节探头的位置和角度，对瞬变电磁场场均匀性的校准速度明显加快，对探头的位置和角度的调整精度高。专利《瞬变电磁场的场均匀性的校准方法，申请号CN201210209542.0》提出了一种瞬变电磁场的场均匀性的校准方法，通过选定一个参考点和多个测量点，测试计算测量点的归一化场强值，从而得到场均匀性评价指标。

以上多项公开专利中提出的场均匀性测试装置或方法都在一定程度上解决了前述的两个问题，提高了测试准确度。然而在实际使用过程中还存在以下几个方面的问题：

（1）目前提出的场均匀性测试装置一般为可移动可伸缩的天线支架，涉及固定杆、移动杆、伸缩杆、定位环、转盘等辅助设备，结构复杂，且各个辅助设备的调整一般都需要前期计算好相应的测试位置并配套调整，保证各个辅助设备处于规定位置，调整起来也较为繁琐；

（2）由于结构复杂，前期的设备加工和安装费时费力，并且费用也较高；

（3）考虑到尽量减小测试设备自身对场环境的影响，多数专利中提供的测试设备一般为尼龙或聚四氟乙烯材料。但实际上即使采用上述材料，其材料本身对辐射场环境也有一定的影响，特别是在室外测试中，由于环境影响若导致测试设备出现潮湿等现象时，测试设备对辐射场的影响更为严重和明显；

（4）目前公开专利中提供的测试设备多适用于室内，且要求辐射场空间不能太大，否则为适应大尺寸（如平行段为15m×15m×10m（长×宽×高））模拟器场测试空间需求，上述专利中提出的测试设备将需要非常大的尺寸，不仅费用较高、移动不方便而且设计和加工都较为困难，甚至难以实现。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种简易的场均匀性测试装置及其测试方法，该测试装置配套材料易于获取，费用低廉，避免了外加动力的需求，并避免了测试装置自身对外界电磁环境的影响，调试安装方便，易于拆卸、组装和放置，对辐射场空间无限制，适用性强；基于该测试设备的测试方法，科学合理，步骤清晰，操作性强，适用于开展各类辐射场环境空间场均匀性测试相关研究工作。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种简易的场均匀性测试装置，其特征在于包括一对固定夹具、探头以及四个定滑轮，其中两个定滑轮固定于固定夹具上，另外两个定滑轮通过固定柱与地面固定，一对所述固定夹具设置于辐射天线支撑架上，四个所述定滑轮由牵引线依次穿过，牵引线两端由靠近地面的两个定滑轮紧固绷紧，位于固定夹具上两个定滑轮之间的牵引线中段通过定滑轮固定线悬挂小定滑轮，所述小定滑轮由托盘牵引线穿过，托盘牵引线一端悬挂探头托盘，另一端固定在固定柱上，所述探头托盘内中心位置放置探头。

在上述方案的基础上，所述固定夹具为空心半圆柱形的两片尼龙板对称扣合而成，形成的空心圆柱与辐射天线支撑架固定，所述尼龙板的下端通过固定螺丝以及定滑轮支撑板与定滑轮连接。

在上述方案的基础上，所述辐射天线支撑架上设置多组所述测试装置，测试装置中的牵引线布置方向与所述辐射天线垂直，且牵引线带动探头在辐射天线支撑架间无障碍移动。

一种场均匀性测试测试方法，其特征在于所述测试方法基于权利要求1所述的测试装置，包括如下步骤：

（1）对模拟器辐射场环境进行模拟，初步确定辐射场均匀区域大小；

（2）考虑辐射场模拟器结构对称性、均匀区域分布一般规律和步骤（1）中的仿真结果，实际测试中以平行段正中心为中心点划定立方体区域，并以沿辐射场传播方向为对称面，拟定预测试点位置，并考虑测试装置的移动方便性，对测试点位置进行顺序编号；

（3）安装三组场均匀性测试装置，一组安装在中心位置，一探头固定放置在立方体区域中心，第二组安装在立方体区域前方平面，第三组安装在立方体区域后方平面；

（4）按照步骤（2）中预定的测试点位置，将一个测试探头安装于步骤（3）中对应的立方体区域前方平面一组测试装置的探头托盘中，通过调整牵引线以调整探头在宽度方向的位置，通过调整托盘牵引线以调整探头在高度方向的位置，最终完成此平面内所有拟测试位置的场强；

（5）将步骤（4）中的探头更换到立方体区域中心位置平面所在的一组测试装置的探头托盘中，采用步骤（4）相同的方法完成此平面内所有拟测试位置的场强；

（6）将步骤（4）中的探头更换到立方体区域后方平面对应的一组测试装置的探头托盘中，采用步骤（4）相同的方法完成此平面内所有拟测试位置的场强；

（7）综合比较分析步骤（4）~（6）所记录下的试验数据，分析确定辐射场均匀性能。

在上述试验中，所述步骤（3）中，固定放置在立方体区域中心的探头整个测试过程中位置不移动，作为标准测试结果。

在上述试验中，所述步骤（4）~（6）中，每个测试位置的重复试验次数不得少于3次.

在上述试验中，所述步骤（10）中，每个测试位置的场值以多次重复试验结果的平均值作为该测试位置的实测值。

在上述试验中，所述步骤（10）中，最终辐射场均匀性分析方法利用瞬变电磁场的场均匀性校准方法进行分析。

在上述试验中，所述步骤（10）中，最终辐射场均匀性以不均匀度来表征，不均匀度计算时以测试区域内所有测试位置的平均值为参考，计算各个测试值与平均值偏差，计算公式为

，

为测试区域的平均值，E为测试值，以最高值作为测试区域场不均匀度。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明中的测试装置配套材料易于获取，费用低廉，避免了外加动力的需求，并避免了测试装置自身对外界电磁环境的影响，调试安装方便，易于制作、拆卸、组装和放置，对辐射场空间无限制，对于室内、室外辐射场均匀性测试均可适用，推广适用性强；基于该测试设备的测试方法，科学合理，步骤清晰，操作性强，适用于开展各类辐射场环境空间场均匀性测试相关研究工作。

附图说明

图1是本发明中场均匀性测试装置组成示意图；

图2是有界波模拟器中场均匀性测试装置安装示意图；

图3是固定夹具与定滑轮连接示意图；

图4是场均匀测试区域及测试位置示意图；

图中：1、固定夹具，2、定滑轮，3、牵引线，4、固定柱，5、探头托盘，6、探头，7、托盘线，8、定滑轮固定线，9、托盘牵引线，10、固定环，11、辐射天线横柱，12、辐射天线立柱，13、辐射天线，14、吸收负载，15、地面，16、固定螺丝，17、定滑轮支撑板，18、小定滑轮。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明为一种简易的场均匀性测试装置及其测试方法，其中测试装置如附图1所示，包括在辐射天线13支撑架上设置的固定夹具1、探头6以及四个定滑轮2，其中两个定滑轮2固定于固定夹具1上，固定夹具1在上定滑轮2在下，固定夹具1紧固在辐射天线横柱11上。另两个定滑轮2固定在固定柱4,定滑轮2在上固定柱4在下，固定柱4打入地面以下。牵引线3依次穿过四个定滑轮2，牵引线3两端由靠近地面15的两个定滑轮2紧固绷紧。牵引线3上端连接一段定滑轮固定线8，固定一个小定滑轮18，该小定滑轮18由托盘牵引线9穿过，托盘牵引线9一端固定在托盘线7，另一端固定在固定环10上。托盘线7固定在探头托盘5四角，探头6固定于探头托盘5中心位置。

图2为有界波模拟器中场均匀性测试装置安装示意图，辐射天线13支撑架包括辐射天线横柱11和辐射天线立柱12，其中天线横柱11组成的框架通过辐射天线立柱12支撑于地面15，多根所述辐射天线13的一端分布于天线横柱11组成的框架上，多根所述辐射天线13的另一端集中与吸收负载14连接。实际测试中安装三组场均匀性测试装置，安装位置根据图4所示的场均匀测试区域及测试位置示意图来确定。一组安装在中心位置平面，并且将一探头6固定放置在立方体区域中心测试位置。第二组安装在立方体区域前方平面，第三组安装在立方体区域后方平面。

在上述结构中，定滑轮2利用尼龙材料加工而成，直径100mm，对辐射场影响可以忽略。固定夹具1也用尼龙材料加工而成，根据辐射天线横柱11形状为外径110mm的圆柱型PVC管,夹具设计为空心圆柱形，两边对称扣合，内径为110mm，厚度为10mm，上端预留一个直径10mm的紧固螺丝孔，下端预留两个直径10mm的紧固螺丝孔。利用尼龙材料加工的螺丝穿过紧固螺丝孔进行紧固，下端预留两个紧固螺丝孔一个用于紧固固定夹具1（位于上方），一个用于固定定滑轮支撑板17（位于下方）。固定定滑轮支撑板17为长100mm宽30mm厚10mm的尼龙板，上下端各打有直径为10mm的圆孔，下端圆孔与定滑轮2紧固连接，上面圆孔于固定夹具1紧固连接。固定夹具1固定于辐射天线横柱11上，左右各固定一个。牵引线长30m，可以使定滑轮固定线8在牵引线3方向上于两个辐射天线横柱11之间无障碍移动。固定柱4为金属柱，打入地下1.5m，确保牵引线3紧固绷紧。定滑轮固定线8固定于牵引线3上，其长度为200mm。探头托盘5为长300mm宽300mm厚200mm的干燥泡沫，托盘线7通过在探头托盘5四角打孔固定。在探头托盘5中心切割直径150mm深30mm的凹槽用于放置圆形电场探头6，并用胶带紧固。固定环10为直径为30mm的金属环，固定于固定柱4上。各个固定柱4距离平行段辐射天线13的距离为5m。

利用上述的测试系统，以实际平行段为3.6m×3.6m×3m（长×宽×高）的有界波电场模拟器场均匀区域测试过程为实例，测试步骤如下：

（1）利用CST软件对该模拟器辐射场环境进行模拟。仿真时在平行段1m³、1.6m³、2m³立方体的8个顶点和体中心处设置电场取样点。考虑对称性，仅给出5个取样点仿真结果。考虑以不均匀度表示测试结果，不均匀度计算时以测试区域内所有测试位置的平均值为参考，计算各个测试值与平均值偏差，计算公式为

，

为测试区域的平均值，E为测试值，以最高值作为测试区域场不均匀度。仿真结果如表1所示。从仿真结果可以看出，模拟器在1m³、1.6m³、2m³区域内场幅值的不均匀度分别约为5.4%、9.6%、13.4%。可见，在1.6m³区域满足场均匀性不大于10%的要求。从而初步确定实际测试中以平行段1m³、1.6m³、2m³立方体区域作为测试区域；

表 1 场均匀性仿真结果（kV/m）

（2）考虑辐射场模拟器结构对称性、均匀区域分布一般规律和步骤（1）中的仿真结果，实际测试中以平行段正中心为中心点划定立方体区域，并以沿辐射场传播方向为对称面，拟定预测试点位置共13个，具体位置如图3所示；

（3）安装三组场均匀性测试装置，如图2所示，固定柱距离平行段辐射天线的距离为5m。一组安装在中心位置平面，用于对6、7测试位置进行测试，并且将一探头固定放置在立方体区域中心0测试位置。第二组安装在立方体区域前方平面，用于对1~5测试位置进行测试。第三组安装在立方体区域后方平面，用于对8~12测试位置进行测试；

（4）按照步骤（2）中预定的测试点位置，将一个测试探头安装于步骤（3）中对应的立方体区域前方平面一组测试装置的探头托盘中，通过调整牵引线以调整探头在宽度方向的位置，通过调整托盘牵引线以调整探头在高度方向的位置，最终完成此平面内所有拟测试位置的场强；

（5）将步骤（4）中的探头更换到立方体区域中心位置平面所在的一组测试装置的探头托盘中，采用步骤（4）相同的方法完成此平面内所有拟测试位置的场强；

（6）将步骤（4）中的探头更换到立方体区域后方平面对应的一组测试装置的探头托盘中，采用步骤（4）相同的方法完成此平面内所有拟测试位置的场强；

（7）对每个测试位置进行3次重复试验，取3次测试结果的平均值作为该测试位置的实测值。根据实际测试情况，表2中的所有数据为中心位置参考点0为40.73kV/m时的校准结果，即全部数据为等比例转换到当0点位置为40.73kV/m时的场强校准结果。

表 2场均匀性测试结果（kV/m）

以不均匀度表示测试结果，根据步骤（1）中所述的计算方法，表2中给出了不同区域的场值不均匀度计算结果（需要注意的是，平均值计算时是以21个点的测试结果为基础的）。可以看出，1m³区域不均匀度约为6.7%；1.6m³区域不均匀度约为9.14%；2m³区域不均匀度约为15.4%。综合上面分析可以看出，在1.6m³区域不均匀度满足10%的要求，适于进行设备效应试验。另外，根据步骤（1）的仿真结果可以看出，仿真条件下1m³、1.6m³、2m³区域场不均匀度约为5.4%、9.6%、13.4%，可见仿真结果与测试结果具有较好的一致性，同时也证明了测试结果和仿真结果的正确性。

通过具体实施例可发现，上述测试装置配套材料易于获取，费用低廉，避免了外加动力的需求，并避免了测试装置自身对外界电磁环境的影响，调试安装方便，易于制作、拆卸、组装和放置，对辐射场空间无限制，对于室内、室外辐射场均匀性测试均可适用，推广适用性强；基于该测试设备的测试方法，科学合理，步骤清晰，操作性强，适用于开展各类辐射场环境空间场均匀性测试相关研究工作。

Claims (7)

1.一种简易的场均匀性测试装置，其特征在于包括一对固定夹具（1）、探头（6）以及四个定滑轮（2），其中两个定滑轮（2）分别固定于一对固定夹具（1）上，另外两个定滑轮（2）分别通过两个固定柱（4）与地面（15）固定，一对所述固定夹具（1）设置于辐射天线支撑架上，四个所述定滑轮（2）由牵引线（3）依次穿过，牵引线（3）两端由靠近地面的两个定滑轮（2）紧固绷紧，位于固定夹具（1）上两个定滑轮（2）之间的牵引线（3）中段通过定滑轮固定线（8）悬挂小定滑轮（18），所述小定滑轮（18）由托盘牵引线（9）穿过，托盘牵引线（9）一端悬挂探头托盘（5），另一端通过一个单独的固定柱（4）与地面（15）固定，所述探头托盘（5）内中心位置设置探头（6）；所述辐射天线支撑架上设置多组所述测试装置，测试装置中的牵引线（3）布置方向与辐射天线（13）垂直，且牵引线（3）带动探头（6）在辐射天线支撑架间沿着牵引线（3）无障碍移动。

2.根据权利要求1所述的一种简易的场均匀性测试装置，其特征在于所述固定夹具（1）为空心半圆柱形的两片尼龙板对称扣合而成，形成的空心圆柱与辐射天线支撑架固定，所述尼龙板的下端通过固定螺丝（16）以及定滑轮支撑板（17）与定滑轮（2）连接。

3.一种场均匀性测试测试方法，其特征在于所述测试方法基于权利要求1所述的测试装置，包括如下步骤：

步骤（1），对模拟器辐射场环境进行模拟，初步确定均匀区域大小；

步骤（2），考虑辐射场模拟器结构对称性、均匀区域分布一般规律和步骤（1）中的仿真结果，实际测试中以平行段正中心为中心点划定立方体区域，并以沿辐射场传播方向为对称面，拟定预测试点位置，并考虑测试装置的移动方便性，对测试点位置进行顺序编号；

步骤（3），安装三组场均匀性测试装置，一组安装在中心位置，一探头固定放置在立方体区域中心，第二组安装在立方体区域前方平面，第三组安装在立方体区域后方平面；

步骤（4）按照步骤（2）中预定的测试点位置，将步骤（3）中对应的立方体区域前方平面一组测试装置的探头置于探头托盘中，通过调整牵引线以调整探头在宽度方向的位置，通过调整托盘牵引线以调整探头在高度方向的位置，最终完成此平面内所有拟测试点位置的场强；

步骤（5）将步骤（3）中对应的立方体区域中心位置平面一组测试装置的探头置于探头托盘中，采用步骤（4）相同的方法完成此平面内所有拟测试位置的场强；

步骤（6）将步骤（3）中对应的立方体区域后方平面一组测试装置的探头置于探头托盘中，采用步骤（4）相同的方法完成此平面内所有拟测试位置的场强；

步骤（7），综合比较分析步骤（4）~（6）所记录下的试验数据，分析确定辐射场均匀性能。

4.根据权利要求3所述的一种场均匀性测试测试方法，其特征在于所述步骤（3）中，固定放置在立方体区域中心的探头整个测试过程中位置不移动，作为标准测试结果。

5.根据权利要求3所述的一种场均匀性测试测试方法，其特征在于所述步骤（4）~（6）中，每个测试位置的重复试验次数不得少于3次。

6.根据权利要求3所述的一种场均匀性测试测试方法，其特征在于所述步骤（4）-（6）中，每个测试位置的场值以多次重复试验结果的平均值作为该测试位置的实测值。

7.根据权利要求3所述的一种场均匀性测试测试方法，其特征在于所述步骤（7）中，最终辐射场均匀性以不均匀度来表征，不均匀度计算时以测试区域内所有测试位置的平均值为参考，计算各个测试值与平均值偏差，计算公式为

，

为测试区域的平均值，

为测试值，以计算得到的所有偏差的最高值作为测试区域场不均匀度。

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