CN113866517B - 一种开阔场归一化场地衰减自动测试方法与装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种开阔场归一化场地衰减自动测试方法与装置，所述方法包括以下步骤：S1.在各个频点上计算线缆衰减值，保存到集合line_Loss中；S2.将发射天线通过天线自动升降杆安装于天线架上，根据天线架的移动速度和仪器的反应速率，确定多点测试时的最大频点分组个数N；S3.按照多点测试时的最大频点分组个数N，对整个测试频段进行多点测试分组；S4.确定整个测试频段中的切换频点，形成切换频点列表[freq_cuts]；S5.基于最大频点分组和切换频点列表，进行归一化场地衰减自动测试。本发明采用了多频点测试，且充分利用了天线上升与下降的过程进行测试，使试验效率大大提高。

Description

一种开阔场归一化场地衰减自动测试方法与装置
技术领域
本发明属于电磁兼容试验场地性能试验领域，具体涉及一种开阔场归一化场地衰减自动测试方法与装置。
背景技术
开阔试验场地(Open Area Test Site,OATS)是电磁兼容测试中非常重要的试验场地，简称开阔试验场。由于开阔试验场地更加接近于电磁波在自由空间中的传输状态，能作为标准测试场地。在电磁兼容辐射干扰与骚扰测量中，场地对测量结果的影响非常明显，常出现在不同的测试场地，使用相同的仪器测量结果却不同。产生的主要原因是场地的差异。OATS基本结构应是周围空旷，无反射物体，地面为平坦导电率均匀的金属接地表面场地。场地按椭圆设计，其场地长度不小于椭圆焦点之间距离的2倍，宽度不小于椭圆焦点之间距离的1.73倍，具体尺寸的大小一般视测试频率下限波长而定。如测试频率下限为30MHz，波长是10m，则选择椭圆焦点之间距离为10m。
国标GB/T6113.1规定用归一化场地衰减(NSA)评定金属接地板试验场的质量，NSA是衡量开阔场场地能否作为合格场地进行EMC测试的关键技术指标，为试验场地的评定提供依据。试验主要完成开阔试验场归一化场地衰减的测量任务。
目前测量场地归一化衰减的方法为，在使用天线的频段上，输出某一频率信号。输出稳定后，天线开始在缓慢上升，在天线上升过程中，接收天线不断测试并记录接收天线传回的数据。在天线上升到顶端后，该频点在本天线的当前极化下的测试完成，记录的数据取整个天线上升过程中所测值的最大值。完成数据记录后，天线下降到底端，在底端完成天线极化变换，然后重复上述测试过程。以上整个过程为某一频点的测试流程。首先，采用单点测试，这样虽然保证了接收数据的密集性与准确定，但是由于天线上升下降过于频繁，降低了试验的效率，且由于频繁升降天线架，降低了天线架的使用寿命。其次，每一次天线的下降过程都是为了更换天线或极化方向，导致天线下降过程没有被充分利用，也降低了试验的效率。最后，由于每次测试完一个频点后，都要改变极化方向(自动改变)，导致接收天线也要随之改变极化方向(手动)，这样大大增加了实验人员的工作量，且降低了试验效率。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种开阔场归一化场地衰减自动测试方法与装置，采用了多频点测试，且充分利用了天线上升与下降的过程进行测试，使试验效率大大提高。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种开阔场归一化场地衰减自动测试方法，包括以下步骤：
S1.确定待测频点列表freqs，将发射天线到信号源之间的电缆，与接收天线到接收机的电缆连接后，一端连接到信号源，一端连接到接收机，然后在各个频点上计算线缆衰减值，保存到集合line_Loss中；
S101.确定待测频点列表freqs，将发射天线到信号源之间的电缆，与接收天线到接收机的电缆连接后，一端连接到信号源，一端连接到接收机；
S102.从freqs中取第i个频率点freqs[i]，
S103.将信号源的发射频率设置为freqs[i]，信号源输出信号为-10dBm；
S104.接收机设置中心频率为freqs[i]，带宽为100kHz，频谱仪模式；
S105.将信号源输出打开，暂停100ms，等待信号源输出信号稳定；
S106.控制接收机接收，并获得接收机接收到的在freqs[i]上的信号幅度为AdBm；计算线缆在freqs[i]上的衰减值为(-10-A)dB；
S107.在i＝1,2,3,…,Nfreq时，分别重复步骤步骤S102～S106，得到各个测试频率上的衰减值，加入保存到集合line_Loss中。
S2.将发射天线通过天线自动升降杆安装于天线架上；
S3.根据天线架的移动速度和仪器的反应速率，确定多点测试时的最大频点分组个数N；
设天线架移动速度最小为X，单位为cm/s,获取接收机的接收信号响应时间，与信号源输出信号幅度稳定的时间，两者取较小值作为仪器的反应速率Y，单位为s；
计算天线每移动1cm，仪器输出-接收的最大频点个数N：
Figure GDA0003545445870000021
将计算得到的频点个数N作为多点测试时的最大频点分组个数。
S4.确定整个测试频段中的切换频点，形成切换频点列表[freq_cuts]；
其中，切换频点指的是发射接收天线对的工作频段的切换点，设整个测试频段中NCut个这样的切换频点，按照低到高排序方式形成切换频点列表[freq_cuts]。
S5.基于最大频点分组和切换频点列表，进行归一化场地衰减自动测试：
S501.初始化天线架的状态让发射天线降到最低位置Hmin，并设置天线架的移动速度；设置天线架的运动方向为上升模式，并暂停天线架的移动和信号源的输出；
S502.将freqs按照freq_cuts进行截断：
取出freq_cuts中的第一个切换频点freq_cuts[0]，将freqs截断为freqs<＝freq_cut[0]和freqs>freq_cut[0]两部分；
循环取出freq_cuts中的第i个切换频点freq_cut[i],并将满足freqs>freq_cut[i-1]部分的频点列表中取出<＝freq_cut[i]和freqs>freq_cut[i]两部分，i＝1,2，…，I，其中I表示切换频点的个数；
直到所有切换频点都完成截断，得到NCut个截断后的频率列表；
S503.取出第iCut个截断后频率列表并记为cutfreqs,其中的频点个数为M；
计算该段频率的组数为NG＝ceil(M/N)，前NG-1组内的频点个数都为N，最后一组内的频点个数为M-(NG-1)*N，完成了第iCut个截断后频率列表的分组；
S504.转发射天线和接收天线使其极化方向为垂直极化状态；
S505.初始化参数＝0；
S506.对iNG进行更新，每次更新时iNG加1，取出第iNG组的频率列表group_freqs，该组频点数为NGF；如果iNG为偶数，则调整天线架的运动方向为上升，否则为下降；
设置信号源为循环扫频模式，频率列表为group_freqs，幅度为-10dBm；设置接收机的扫频频率范围为[min(group_freqs),max(group_freqs)]，最大接收保持模式；
依次开启接收机的扫描、信号源的输出和天线架的移动，不断的读取天线架的高度状态；若iNG为偶数，直到天线移动到最大高度Hmax时为止；如果iNG为奇数，直到天线移动到最小高度Hmin；
S507.循环执行步骤S506，直到iNG＝＝NG为止，获得接收机在cutfreqs中各个频率上的测试幅度，记为cutValues_Ver，单位dBm，完成垂直极化状态的测试，关闭接收保持模式；
S508.旋转发射天线和接收天线使其极化方向为水平极化状态，将iNG再次初始化为0，执行步骤S506～S507，直到iNG＝＝NG为止，完成水平极化状态的测试，获得接收机在cutfreqs中各个频率上的测试幅度，记为cutValues_Hor，单位dBm，关闭接收保持模式；
S509.在i＝1,2，…，I中每一个值时，重复执行步骤S503～步骤S508；形成所有的垂直极化和水平极化在各个测试频点freqs上的测试幅度，加入集合cutValues。
所述自动测试还包括频率点衰减步骤：
设cutValues-10-line_Loss为归一化场地衰减值，该值与场地归一化衰减值的要求进行比较，超出要求值的频点就是不合格频率点，低于要求值的就是合格频率点。
一种开阔场归一化场地衰减自动测试装置，包括信号源发射天线、测量接收机、接收天线、天线架、天线自动升缩杆、控制器和PC机；
所述发射天线通过天线自动伸缩杆固定于所述天线架上，并通过射频电缆与所述信号源连接；所述接收天线通过射频电缆与测量接收机连接；
所述控制器用于根据接收到的指令，对天线架的移动和天线升缩杆的升降进行控制；
所述PC机分别与信号源、测试接收机和控制器连接，用于控制信号源、接收机和控制器按照所述的自动测试方法进行工作。
本发明的有益效果是：本发明采用了多频点测试，且充分利用了天线上升与下降的过程进行测试，使试验效率大大提高，总用时可以缩减到原试验流程所用时间的1/5；通过天线极化与升降流程，可以将天线的升降次数，与极化改变次数降到最低，在试验过程中，有效减少了实验人员对天线架及其他设备的移动更管次数，再一次提高了试验效率，且延长了各设备的使用寿命。
附图说明
图1为本发明的方法流程图；
图2为本发明的装置原理框图。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
如图1所示，一种开阔场归一化场地衰减自动测试方法，包括以下步骤：
S1.确定待测频点列表freqs，将发射天线到信号源之间的电缆，与接收天线到接收机的电缆连接后，一端连接到信号源，一端连接到接收机，然后在各个频点上计算线缆衰减值，保存到集合line_Loss中；
S101.确定待测频点列表freqs，将发射天线到信号源之间的电缆，与接收天线到接收机的电缆连接后，一端连接到信号源，一端连接到接收机；
S102.从freqs中取第i个频率点freqs[i]，
S103.将信号源的发射频率设置为freqs[i]，信号源输出信号为-10dBm；
S104.接收机设置中心频率为freqs[i]，带宽为100kHz，频谱仪模式；
S105.将信号源输出打开，暂停100ms，等待信号源输出信号稳定；
S106.控制接收机接收，并获得接收机接收到的在freqs[i]上的信号幅度为AdBm；计算线缆在freqs[i]上的衰减值为(-10-A)dB；
S107.在i＝1,2,3,…,Nfreq时，分别重复步骤步骤S102～S106，得到各个测试频率上的衰减值，加入保存到集合line_Loss中。
S2.将发射天线通过天线自动升降杆安装于天线架上；
S3.根据天线架的移动速度和仪器的反应速率，确定多点测试时的最大频点分组个数N；
多点测试时，为了保证数据准确性以及所接收到的数据可以达到数据采集密度，(根据相关标准的要求，场地归一化衰减测试在接收天线移动过程中，需保证接收天线每移动1cm，接收机接收一次当前频率的辐射幅度)，设天线架移动速度最小为X，单位为cm/s,获取接收机的接收信号响应时间，与信号源输出信号幅度稳定的时间，两者取较小值作为仪器的反应速率Y，单位为s；
计算天线每移动1cm，仪器输出-接收的最大频点个数N：
Figure GDA0003545445870000051
将计算得到的频点个数N作为多点测试时的最大频点分组个数。
S4.确定整个测试频段中的切换频点，形成切换频点列表[freq_cuts]；
其中，切换频点指的是发射接收天线对的工作频段的切换点，设整个测试频段中NCut个这样的切换频点，按照低到高排序方式形成切换频点列表[freq_cuts]。在电磁兼容测试中，一般对于30M～200MHz采用的是双锥天线进行发射和接收；200M～1GHz采用对数周期天线进行发射和接收；1G～18GHz采用双脊喇叭天线进行发射和接收；则200MHz是双锥天线切换到对数周期天线的切换频段，1GHz是对数周期天线到双脊喇叭天线的切换频点；在NSA测试中，收发天线采用同一型号的天线进行。
S5.基于最大频点分组和切换频点列表，进行归一化场地衰减自动测试：
S501.初始化天线架的状态让发射天线降到最低位置Hmin，并设置天线架的移动速度；设置天线架的运动方向为上升模式，并暂停天线架的移动和信号源的输出；
S502.将freqs按照freq_cuts进行截断：
取出freq_cuts中的第一个切换频点freq_cuts[0]，将freqs截断为freqs<＝freq_cut[0]和freqs>freq_cut[0]两部分；
循环取出freq_cuts中的第i个切换频点freq_cut[i],并将满足freqs>freq_cut[i-1]部分的频点列表中取出<＝freq_cut[i]和freqs>freq_cut[i]两部分，i＝1,2，…，I，其中I表示切换频点的个数；
直到所有切换频点都完成截断，得到NCut个截断后的频率列表；切换频点的截断是为了保证每组测试频点归属于同一副天线。用天线切换频点对分组进行截断的目的就是在上升和下降过程中不会跨越各个天线的测试频段，而一旦跨域测试频段，会进行天线的切换。
S503.取出第iCut个截断后频率列表并记为cutfreqs,其中的频点个数为M；
计算该段频率的组数为NG＝ceil(M/N)，前NG-1组内的频点个数都为N，最后一组内的频点个数为M-(NG-1)*N，完成了第iCut个截断后频率列表的分组；
S504.转发射天线和接收天线使其极化方向为垂直极化状态；
S505.初始化参数＝0；
S506.对iNG进行更新，每次更新时iNG加1，取出第iNG组的频率列表group_freqs，该组频点数为NGF；如果iNG为偶数，则调整天线架的运动方向为上升，否则为下降；
设置信号源为循环扫频模式，频率列表为group_freqs，幅度为-10dBm；设置接收机的扫频频率范围为[min(group_freqs),max(group_freqs)]，最大接收保持模式；
依次开启接收机的扫描、信号源的输出和天线架的移动，不断的读取天线架的高度状态；若iNG为偶数，直到天线移动到最大高度Hmax时为止；如果iNG为奇数，直到天线移动到最小高度Hmin；
S507.循环执行步骤S506，直到iNG＝＝NG为止，获得接收机在cutfreqs中各个频率上的测试幅度，记为cutValues_Ver，单位dBm，完成垂直极化状态的测试，关闭接收保持模式；
S508.旋转发射天线和接收天线使其极化方向为水平极化状态，将iNG再次初始化为0，执行步骤S506～S507，直到iNG＝＝NG为止，完成水平极化状态的测试，获得接收机在cutfreqs中各个频率上的测试幅度，记为cutValues_Hor，单位dBm，关闭接收保持模式；
S509.在i＝1,2，…，I中每一个值时，重复执行步骤S503～步骤S508；形成所有的垂直极化和水平极化在各个测试频点freqs上的测试幅度，加入集合cutValues。
所述自动测试还包括频率点衰减步骤：
设cutValues-10-line_Loss为归一化场地衰减值，该值与场地归一化衰减值的要求进行比较，超出要求值的频点就是不合格频率点，低于要求值的就是合格频率点。
cutValues-10-line_Loss中-10是信号源的幅度设定为-10dBm，cutValues-10-line_Loss的含义是：对于集合cutValues中每一个频点的测试幅度，将其-10后，在减去该频点在line_Loss中对应的衰减值。
如图2所示，一种开阔场归一化场地衰减自动测试装置，包括信号源发射天线、测量接收机、接收天线、天线架、天线自动升缩杆、控制器和PC机；
所述发射天线通过天线自动伸缩杆固定于所述天线架上，并通过射频电缆与所述信号源连接；所述接收天线通过射频电缆与测量接收机连接；
所述控制器用于根据接收到的指令，对天线架的移动和天线升缩杆的升降进行控制；
所述PC机分别与信号源、测试接收机和控制器连接，用于控制信号源、接收机和控制器配合所述的自动测试方法进行工作。
综上，本发明采用了多频点测试，且充分利用了天线上升与下降的过程进行测试，使试验效率大大提高，总用时可以缩减到原试验流程所用时间的1/5；本申请的通过天线极化与升降流程，可以将天线的升降次数，与极化改变次数降到最低，在试验过程中，有效减少了实验人员对天线架及其他设备的移动更管次数，再一次提高了试验效率，且延长了各设备的使用寿命。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种开阔场归一化场地衰减自动测试方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1.确定待测频点列表freqs，将发射天线到信号源之间的电缆，与接收天线到接收机的电缆连接后，一端连接到信号源，一端连接到接收机，然后在各个频点上计算线缆衰减值，保存到集合line_Loss中；
S2.将发射天线通过天线自动升降杆安装于天线架上；
S3.根据天线架的移动速度和仪器的反应速率，确定多点测试时的最大频点分组个数N；
S4.确定整个测试频段中的切换频点，形成切换频点列表[freq_cuts]；
S5.基于最大频点分组和切换频点列表，进行归一化场地衰减自动测试：
所述步骤S5包括以下子步骤：
S501.初始化天线架的状态让发射天线降到最低位置Hmin，并设置天线架的移动速度；设置天线架的运动方向为上升模式，并暂停天线架的移动和信号源的输出；
S502.将freqs按照freq_cuts进行截断：
取出freq_cuts中的第一个切换频点freq_cuts[0]，将freqs截断为freqs<＝freq_cut[0]和freqs>freq_cut[0]两部分；
循环取出freq_cuts中的第i个切换频点freq_cut[i],并将满足freqs>freq_cut[i-1]部分的频点列表中取出<＝freq_cut[i]和freqs>freq_cut[i]两部分，i＝1,2，…，I，其中I表示切换频点的个数；
直到所有切换频点都完成截断，得到NCut个截断后的频率列表；
S503.取出第iCut个截断后频率列表并记为cutfreqs,其中的频点个数为M；
计算该段频率的组数为NG＝ceil(M/N)，前NG-1组内的频点个数都为N，最后一组内的频点个数为M-(NG-1)*N，完成了第iCut个截断后频率列表的分组；
S504.转发射天线和接收天线使其极化方向为垂直极化状态；
S505.初始化参数＝0；
S506.对iNG进行更新，每次更新时iNG加1，取出第iNG组的频率列表group_freqs，该组频点数为NGF；如果iNG为偶数，则调整天线架的运动方向为上升，否则为下降；
设置信号源为循环扫频模式，频率列表为group_freqs，幅度为-10dBm；设置接收机的扫频频率范围为[min(group_freqs),max(group_freqs)]，最大接收保持模式；
依次开启接收机的扫描、信号源的输出和天线架的移动，不断的读取天线架的高度状态；若iNG为偶数，直到天线移动到最大高度Hmax时为止；如果iNG为奇数，直到天线移动到最小高度Hmin；
S507.循环执行步骤S506，直到iNG＝＝NG为止，获得接收机在cutfreqs中各个频率上的测试幅度，记为cutValues_Ver，单位dBm，完成垂直极化状态的测试，关闭接收保持模式；
S508.旋转发射天线和接收天线使其极化方向为水平极化状态，将iNG再次初始化为0，执行步骤S506～S507，直到iNG＝＝NG为止，完成水平极化状态的测试，获得接收机在cutfreqs中各个频率上的测试幅度，记为cutValues_Hor，单位dBm，关闭接收保持模式；
S509.在i＝1,2，…，I中每一个值时，重复执行步骤S503～步骤S508；形成所有的垂直极化和水平极化在各个测试频点freqs上的测试幅度，加入集合cutValues。
2.根据权利要求1所述的一种开阔场归一化场地衰减自动测试方法，其特征在于：所述步骤S1包括：
S101.确定待测频点列表freqs，将发射天线到信号源之间的电缆，与接收天线到接收机的电缆连接后，一端连接到信号源，一端连接到接收机；
S102.从freqs中取第i个频率点freqs[i]，
S103.将信号源的发射频率设置为freqs[i]，信号源输出信号为-10dBm；
S104.接收机设置中心频率为freqs[i]，带宽为100kHz，频谱仪模式；
S105.将信号源输出打开，暂停100ms，等待信号源输出信号稳定；
S106.控制接收机接收，并获得接收机接收到的在freqs[i]上的信号幅度为AdBm；计算线缆在freqs[i]上的衰减值为(-10-A)dB；
S107.在i＝1,2,3,…,Nfreq时，分别重复步骤S102～S106，得到各个测试频率上的衰减值，加入保存到集合line_Loss中。
3.根据权利要求1所述的一种开阔场归一化场地衰减自动测试方法，其特征在于：所述步骤S3包括：
设天线架移动速度最小为X，单位为cm/s,获取接收机的接收信号响应时间，与信号源输出信号幅度稳定的时间，两者取较小值作为仪器的反应速率Y，单位为s；
计算天线每移动1cm，仪器输出-接收的最大频点个数N：
Figure FDA0003545445860000021
将计算得到的频点个数N作为多点测试时的最大频点分组个数。
4.根据权利要求1所述的一种开阔场归一化场地衰减自动测试方法，其特征在于：所述步骤S4中，切换频点指的是发射接收天线对的工作频段的切换点，设整个测试频段中NCut个这样的切换频点，按照低到高排序方式形成切换频点列表[freq_cuts]。
5.根据权利要求1所述的一种开阔场归一化场地衰减自动测试方法，其特征在于：所述自动测试还包括频率点衰减步骤：
计算NSA_values＝cutValues-10-line_Loss，作为归一化场地衰减值，该值与场地归一化衰减值的要求进行比较，超出要求值的频点就是不合格频率点，低于要求值的就是合格频率点。
6.一种开阔场归一化场地衰减自动测试装置，基于权利要求1～5中任意一项所述的自动测试方法进行测试，其特征在于：包括信号源发射天线、测量接收机、接收天线、天线架、天线自动升缩杆、控制器和PC机；
所述发射天线通过天线自动伸缩杆固定于所述天线架上，并通过射频电缆与所述信号源连接；所述接收天线通过射频电缆与测量接收机连接；
所述控制器用于根据接收到的指令，对天线架的移动和天线升缩杆的升降进行控制；
所述PC机分别与信号源、测试接收机和控制器连接，用于控制信号源、接收机和控制器按照所述的自动测试方法进行工作。
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