微波暗室静区性能测量及影响因素分析

　　摘 要：在天线、雷达等无线通信产品和电子设备的测试中，微波暗室是一个理想的场所，在民用、军事及专项工程领域得到了广泛应用，如何评估暗室的静区性能也变得愈发重要。基于测量静区反射电平的自由空间电压驻波比（VSWR法），给出了测量原理和具体的测量过程，以及测量系统的布置方案，并通过测量实例进行验证。结合实际测量中出现的问题，对可能影响测量结果的因素和需要注意的问题进行了分析，并提出了相应的解决方案，对微波暗室的日常使用维护和微波暗室性能测量系统的组建具有一定的参考价值。

　　关键词：微波暗室；静区反射电平；VSWR法；影响因素；无线通信；性能测量

　　中图分类号：TP39；TN98 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2019）05-00-02

　　0 引 言

　　静区指暗室内电场均匀性满足规范要求的空间区域，评价一个暗室静区的性能指标是否合乎要求，主要参考指标为反射电平。静区反射电平的现行测量方法主要包括两种，即VSWR法与天线方向图比较法[1-2]。在实际测量时，优先选用VSWR法。对于微波暗室的静区反射电平的测量结果，目前尚未有相关标准和规范能对其进行评价，而且在实际测量中，微波暗室的静区性能会受到暗室环境和测量系统内产生的误差等因素影响，无法对微波暗室的静区性能进行准确评价。

　　1 静区反射电平测量过程及测试实例

　　微波暗室性能测量系统如图1所示，可按具体功能划分为如下三部分：

　　（1）信号发射部分由发射天线、转台及升降杆，信号源组成；

　　（2）信号接收部分由接收天线，转台及扫描架，频谱仪组成；

　　（3）控制部分包括程控计算机，扫描架控制器及射频线缆、网线等。

　　信号源的信号经发射天线发射后，通过计算机对接收天线转台进行控制，在频谱仪上实时采集接收信号电平参数，完成测试数据的统计处理及结果析。

　　VSWR法是在若干个给定的离散方位角上，在待测静区内选定的行程线上进行重复测量。在对微波暗室进行区域划分后，以纵向行程线测量为例，当接收天线正对发射天线，极化方式相同时，控制接收天线扫描架沿着行程线移动，穿过待测静区。纵向行程线测量典型曲线如图2所示，曲线a-a为频谱仪上测得的接收信号电平。改变接收天线的方位角为Φ°，重新沿行程线扫描，得到一条起伏曲线，该曲线显示了直达波与反射波之间的干涉，将来源于暗室各侧墙的反射信号叠加到电平d之上的合成曲线，在数据后处理中为其绘制两条包络曲线b-b和c-c[3-5]，其中：

　　式中：R为所求的静区反射电平，单位为dB；曲线d-d为b和c的中值；D为在整个行程线上找到的最大包络宽度，单位为dB；Er为等效反射波场强，单位为V；Ed为直达波场强，单位为V。包络曲线b-b和c-c的拟合也是数据处理中最为核心的部分，包络曲线的拟合精度决定了测量结果的真实程度。

　　改变接收天线的方位角和收发天线的极化方式，重复以上过程，得到全部纵向行程线的测量结果，横向行程线及垂直行程线的测量过程依次类推，综上即为VSWR法测量静区反射电平的全过程。

　　某暗室180°静区反射电平测量示意如图3所示。选取静区范围为1 m×1 m×1 m，频率为3 GHz，行程线为纵向行程线，方位角为180°，水平极化，俯仰角为0°，该频段要求静区反射电平<-35 dB，测量结果为-35.9 dB。

　　某暗室120°静区反射电平测量示意如图4所示。选取静区范围为1 m×1 m×1 m，频率为1 GHz，行程线为横向行程线，方位角为120°，水平极化，俯仰角为0°，该频段要求静区反射电平<-35 dB，测量结果为-46.6 dB。

　　2 影响因素分析及解决方案

　　与理论分析及仿真实验不同，微波暗室的静区性能指标会受到暗室环境和测量系统不确定性等因素的影响，在提出测量指标时应当将这些因素考虑在内，进行综合分析评估[6-8]。

　　微波暗室自身的场地特性及人为因素会影响静区反射电平的测量结果。测量过程中，暗室大门未关闭严合，吸波材料布置不均匀或高度不一致，都会造成不必要的反射和散射现象，在测量时也应避免暗室内有任何不必要物体的存在，在穿墙孔内布设铜网或铜沙[9]。

　　对微波暗室性能测量系统而言，为减少墙面、天棚、地面的影响，选取高增益的天线较为适宜[10]，同时收发天线应按照频率的划分成套配置。

　　发射天线转台的高度和角度能进行调节并具备锁定功能，接收天线扫描架扫描步长的最小值应能满足国军标中相应频率的要求，同时控制软件的数据采集能以不大于八分之一最小干涉波周期间隔记录数据。天线转台及扫描架应尽可能选取非金属透波材料，同时应避免表面裸露，并在测试前铺设好吸波材料。天线的安装支架应具备承重能力，在低频范围内，测量所使用的天线尺寸较大，质量一般在10 kg量级，未考虑重力影响的天线支架会发生较为严重的变形，使俯仰角发生变化，影响测量结果的准确性。在组装测试系统时，对各设备位置的摆放及空间位置也应当进行校准，以防因安装误差导致的测量误差。

　　测量系统控制器机械结构的时间延迟也应在数据采集及处理过程中进行考虑，尤其在高频部分，数据采集步长会相应变短，应当给电机驱动器预留启动时间及截止时间，适当延长扫描行程线的长度并在后处理阶段删除多余的数据，以防在测量数据组中出现首尾大量数据重叠的现象，对测量曲线的拟合造成不便。

　　一般若暗室尺寸增大，静区尺寸也会相应变大，扫描轨道应配置多段以便于接续调整，相邻轨道间的平滑度也不应忽视，同时待测静区的中心距地面有数米的距离。考虑到一般微波暗室性能测试系统整体结构复杂，其运输、拆卸不便，各部分材质应在满足电性能指标的基础上，选取更为轻便耐磨的材料。微波暗室的建设方也应在确定静区后，在其下方配置可供升降的平台，并保证在测量时吸波材料的覆盖率。

　　3 结 语

　　微波暗室的性能指标可依据GJB6780-2009《微波暗室性能测试方法》进行测量及评定，而对于微波暗室性能测量系统而言，尚未有相关规范和标准可针对系统进行整体检验，只能参考相关标准对系统内单一部件进行选型评价，而且由于静区反射电平测量耗时很长，测量流程也较为复杂，综合考虑多方面因素，测量结果会与预测结果存在一定偏差，且复现性不甚理想。针对微波暗室的性能测量系统和设备的整体论证、研究还需要完善和补充，而且随着新技术的发展和新要求的提出，对该领域的测试需求也将与日俱增。

　　参 考 文 献

　　[1] GJB 6780-2009.微波暗室性能测试方法[S].北京：中国人民解放军总装备部，2009.

　　[2]王玖珍.天线测量实用手册[M].北京：人民邮电出版社，2012.

　　[3]薛锋章.天线辐射参数测量暗室相关问题探讨[J].电信技术，2016（8）：23-29.

　　[4]高选正，傅德民.无线电吸波暗室的反射电平（上）[J]. 移动通信，2014（22）：31-36.

　　[5]高选正，傅德民.无线电吸波暗室的反射电平（下）[J]. 移动通信，2014（24）：26-30.

　　[6]王化深，李娟.天线平面近场测量的扫描面截断误差分析[J].电子测量与仪器学报，2006（3）：10-13.

　　[7]宋維嘉，闻映红.天线平面近场测量的扫描面位置误差分析[J].电子测量技术，2007（5）：21-24.

　　[8]李勇，欧杰，徐平.平面近场天线测量误差分析[J].电子测量与仪器学报，2010（11）：987-992.

　　[9]郑生全，黄松高，喻菁，等.电波暗室静区性能及设计要点[J].安全与电磁兼容，2005（S1）：17-20.

　　[10]徐宏伟，王天顺.大型屏蔽暗室静区静度测试初探[J]. 飞机设计，2003（2）：64-66.

　　白昀初