[發明專利]一種短波發射天線輻射效率自動監測方法及監測系統

在審

• 申請號: 201510698738.4
• 申請日: 2015-10-23
• 公開（公告）號: CN105227249A
• 公開（公告）日: 2016-01-06
• 發明（設計）人: 陳斌;李娟;羅勇;楊路剛;趙鵬
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍海軍工程大學
• 主分類號: H04B17/00
• 分類號: H04B17/00;G01R29/10
• 代理公司: 武漢東喻專利代理事務所(普通合伙) 42224
• 代理人: 向彬

技術領域

本發明屬于通信技術領域，涉及一種應用于短波發射天線輻射效率自動監測的技術，具體的是涉及一種短波發射天線輻射效率自動監測方法及監測系統。

背景技術

短波發信臺站的通信任務非常繁重，發射天線系統應時刻具有良好的狀態，因此，經常需要對發射天線系統的健康狀態進行巡檢。很多短波發信臺站處在山區、郊區，交通不便，發信臺站的天線系統主要采用人工巡檢、維護的方式，而且人工巡檢、維護的周期比較長，短波通信臺站一般是幾個月巡檢一次，由于天線場區地形復雜，人工巡檢、維護的難度很大，如果遇到惡劣天氣，根本就無法執行人工巡檢任務。目前對天線的測試主要還是局限于檢測絕緣阻抗、輸入阻抗和駐波比等幾個基礎參數，而對表征天線將高頻電流能轉化為空間輻射電磁波有效程度，衡量天線輻射性能與工作狀態的重要指標如天線輻射效率，尚沒有方便可行的實時、自動監測手段。

對短波發射天線的電氣參數檢測設備目前國內已有不少研究成果，但對短波發射天線輻射效率的在線自動監測和記錄設備在國內目前還屬于空白。國外在天線輻射效率測量方面已取得了較多的研究成果，較為成熟的定向性/增益法、維勒帽法、隨機場法和輻射計法等基本上是在電波暗室或混響室內進行操作，目前還沒有一種有效的方法能實現在不影響短波天線正常工作的條件下對其輻射效率的變化進行野外復雜地形條件下實時自動監測。

發明內容

本發明所要解決的問題是針對上述現有技術而提出一種適合在野外復雜地形條件下對短波發射天線工作運行時的輻射效率自動監測的系統及實現方法。通過研究基于復雜地形條件下外場場強測量的短波天線輻射效率監測技術，實現短波天線輻射效率變化的自動監測，為短波天線輻射性能和工作狀態的評估提供量化指標，為短波通信臺站天線輻射效率的自動化監測提供方法，解決人工巡檢難度大以及測量周期長的問題。本發明方法通過在外場場強測量得到天線場遠場區的電場強度幅值，實現對天線輻射場點功率面密度的抽樣，由該樣本值依據天線輻射場仿真計算得到的方向系數估計天線的輻射功率，測量前向功率得到天線的輸入功率，天線的輻射效率由輻射功率與輸入功率的比值計算得到。

為了實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種短波發射天線輻射效率監測方法，通過遠場區場強測量單元得到遠場區場點電場強度幅值，實現對天線輻射場點功率面密度的抽樣，由該樣本值依據天線輻射場仿真得到的方向系數估計天線的輻射功率，通過近場區功率測量單元測量前向功率得到天線的輸入功率，再計算輻射功率與輸入功率的比值得到的輻射效率。

本發明的一個實施例中，所述天線輻射場仿真包括平面分層介質結構域變換法和RWG矩量法的近地架設短波天線輻射場的仿真，通過短波天線輻射場的仿真，得到其輻射功率的空間相對分布。

本發明的一個實施例中，所述通過遠場區場強測量單元得到遠場區場點電場強度幅值具體為，利用環天線場強測量系統進行短波天線輻射場的室外遠場場強測量，實現場點功率面密度的抽樣。

本發明的一個實施例中，上述方法具體包括如下步驟：

首先，獲取測試參數，所述測試參數包括天線架設地面的電參數包括介電常數和電導率、測量天線所在場點相對于被測天線的方位，以及被測天線的物理參數包括天線形式、振子尺寸和架高；建立近地架設短波天線輻射場仿真模型和天線的帶狀結構模型，計算待測天線歸一化場強方向圖和在測試點處的方向系數；

其次，校準環天線場強測量系統，進行單場點分時場強幅值測量，同時通過近場區功率測量單元測量天線前向功率，并將場強幅值和前向功率測量結果送至上位機；

然后，通過實測場強幅值計算場點電磁功率面密度，依據仿真得到的方向系數估計天線輻射功率，天線輻射效率由輻射功率與輸入功率的比值計算，即可完成短波發射天線輻射效率的監測和評估。

本發明的一個實施例中，所述天線輻射效率為：

其中，為方向系數，為遠場區場點場強，方向系數由天線輻射場的仿真得到，場強由環天線場強測量系統進行測量，輸入功率P_in由定向耦合器或功率計測量前向功率得到。

按照本發明的另一方面，還提供了一種實現上述短波發射天線輻射效率監測方法的監測系統，所述監測系統由近場區功率測量單元與遠場區場強測量單元兩部分組成，近場區功率測量單元包括：功率測量模塊、ARM控制模塊與近場區網絡接口模塊；遠場區場強測量單元包括：接收環天線、場強測量模塊、數據處理模塊、主控模塊、LCD顯示屏、鍵盤接口以及遠場區網絡接口模塊，其中：