一种在高功率微波实验中调节自由空间场强的测试系统

本发明涉及一种在高功率微波实验中调节自由空间场强的测试系统，属于高功率微波效应测试。

背景技术：

0、技术背景

1、现今，随着高功率微波技术的快速发展及电子系统集成化、智能化水平的不断提高，在使得空间电磁环境复杂多变的特征表现得愈发突出和激烈的同时，电子系统的信息化、智能化程度快速提升，集成度显著提高，致使其电磁敏感性降低。为提高电子系统在高功率微波下的生存能力，需开展相应的效应实验，获得不同程度下的电磁环境效应数据，为后续的电磁加固措施提供有力且必要的支撑。对提高电子设备在高功率微波下的生存能力而言，具有重要意义。

2、为解决上述问题，行业内出台了相关的高功率微波效应测试方法标准，用于指导高功率微波效应实验的测试。然而，在实际测试过程中，我们发现现有的高功率微波测试方法和系统只适合用于在高场强下出现的效应实验，如电子系统损伤的效应实验，对于在低场强下就可能出现的效应现象，如电子系统的扰乱或干扰效应，对其效应阈值的获取是非常困难的，甚至是不能获取的。一方面，对于高功率微波源来说，由于输出功率极高(超过1gw)，在自身可调节的输出功率范围内，难以在较小的实验空间范围内，将测试效应实验所需的场强调整到一个很低的值，尤其是对于宽谱/超宽谱高功率微波源来说，输出功率固定不可调，更是给电子系统的扰乱或干扰效应实验阈值获取带来极大困难，现有的解决办法是通过增加辐射天线到被测试物之间的距离来达到减小的场强的目的；这就需要一个超大型微波暗室才可完成效应试验，急剧增大了测试实验的条件成本。另一方面，随着辐射天线到被测试物之间距离的增加，测试所需的线缆长度必然增多，不但使得测试实验布设难度增加，并且增加了线缆本身对测试信号的插入损耗，降低了信号的信噪比，还可能带来色散问题，尤为重要的是，增加了高功率微波对线缆可能存在的后门耦合路径，致使测试干扰增加，不但降低了测试数据的准确度，甚至还可能导致不能获取正确的测试信号；在这种情况下，须经过经验非常丰富的专业测试人员进行大量的排查并解决问题后，才可以开展后续测试；这大大增加了测试实验的操作成本和人员成本。

技术实现思路

1、针对现有技术在高场强下获得低场强的测试阈值的测试成本高及准确度低的问题，本发明的主要目的是提供一种在高功率微波实验中调节自由空间场强的测试系统，通过空间电磁波吸收装置及衰减器，将高功率微波空间辐照场强调节到一个较低的范围，降低高场强环境下进行低场强测试的测试成本，提高测试准确度。

2、本发明公开的一种用于在高功率微波实验中调节自由空间场强的实验测试系统，包括：高功率微波源、接收天线、空间电磁波吸收装置、衰减器、微波同轴线缆、发射天线、被测物测试台、吸波材料。高功率微波源与接收天线正对；接收天线通过微波同轴线缆连接衰减器；衰减器通过微波同轴线缆连接发射天线；发射天线与被测物测试台正对；接收天线与发射天线间为空间电磁波吸收装置；空间电磁波吸收装置靠接收天线侧表面覆有吸波材料；测试环境地面覆盖吸波材料。

3、所述高功率微波源为不同类型的高功率微波源，包括不同波段的窄谱高功率微波源、不同中心频率和带宽的宽谱/超宽谱高功率微波源；

4、所述的空间电磁波吸收装置包括金属支撑体、天线固定架、衰减器支撑台、吸波材料和移动滚轮；

5、所述的金属支撑体由金属材料组成，金属支撑体的长宽高分别是t、l、h；在金属支撑体宽面中心，设置有贯穿孔，用于安装天线固定架和天线互连线缆；在金属支撑体宽面的天线固定架下方，设置有衰减器支撑台；在金属支撑体下端面，设置有移动滑轮。

6、进一步的，所述的空间电磁波吸收装置分为前面和后面，前面设置有吸波材料；

7、进一步的，所述的空间电磁波吸收装置的前面，朝向为正对高功率微波源的来波方向，功能是吸收并阻断高功率微波源发射电磁波的传播；所述的天线固定架作用是安装发射和接收天线；所述的衰减器支撑台功能是放置衰减器；所述的移动滑轮作用是增加空间电磁波吸收装置的灵活性。

8、所述的接收天线安装于空间电磁波吸收装置前面的天线固定架，发射天线安装于空间电磁波吸收装置后面的天线固定架；

9、所述的衰减器置于衰减器支撑台上，作用是对接收天线接收到的电磁波能量进行衰减；

10、所述的微波同轴线缆一端接接收天线端，经由空间电磁波吸收装置中的贯穿结构，再接入衰减器支撑台上的衰减器，最后接入发射天线端；

11、所述的被试物测试平台和发射天线正对，距离发射天线发射口面的距离为r，作用是用于放置被测物；

12、所述的吸波材料铺于地面，作用是吸收电磁波，减少地面带来的多路径效应；

13、所述的接收天线、微波同轴线、衰减器、发射天线依次连接，作用是对高功率微波源发射的电磁波进行接收、衰减调节、重新发射；

14、本发明的公开的一种在高功率微波实验中调节自由空间场强的测试系统的工作方式：

15、高功率微波源发出高功率微波，一部分被接收天线接收，未经接收天线接收的被空间电磁波吸收装置吸收；被接收天线接收的高功率微波通过衰减器衰减后成为低场强微波，并由发射天线发出；低场强微波作用于被测物测试台上的被测试物，完成测试。

16、获取接收天线口面处的场强e1后，能够通过下式获得被测物处的场强e2：

17、

18、其中，λ为接收电磁波波长，r为被试物到发射天线口面的距离，g1为接收天线增益，g2为发射天线增益，l为微波互连线缆插入损耗，a为衰减器的衰减值。

19、进一步地，被试物到发射天线口面的距离r还需满足下列关系：

20、

21、其中，d为发射天线的近场距离最大范围，d为发射天线的等效长度，λ为发射电磁波波长。

22、特别地，当接收天线和发射天线增益相同时，即g＝g1＝g2，且忽略传输链路带来的损耗，有：

23、

24、有益效果：

25、1、本发明公开的一种在高功率微波实验中调节自由空间场强的测试系统，通过在高功率微波效应实验中，增加空间电磁波吸收装置将传播方向的电磁波阻断吸收，再通过设置接收天线、衰减器、发射天线对电磁波进行接收、衰减和重新发射，实现了在一个较小的空间范围内，将高功率微波空间辐照场强调节到一个较低的范围，进而使得在一个较小的微波暗室中，就能开展电子设备在高功率微波下的干扰或扰乱效应实验，并获得效应阈值，极大的降低测试实验的条件成本。

26、2、本发明公开的一种在高功率微波实验中调节自由空间场强的测试系统，减少电子设备在高功率微波下的干扰或扰乱效应实验测试线缆的长度，从而降低实验的布设难度和测试系统被高功率微波干扰的概率，并规避长线缆对传输信号带来的较大的插损问题和色散问题，增加测试系统的稳定性和准确度，降低对测试人员专业性的要求，减小测试实验的操作成本和人员成本。

技术特征：

1.一种在高功率微波实验中调节自由空间场强的测试系统，其特征在于：包括高功率微波源(1)、接收天线(2)、空间电磁波吸收装置(3)、衰减器(4)、微波同轴线缆(5)、发射天线(6)、被测物测试台(7)、吸波材料(8)；高功率微波源与接收天线正对；接收天线通过微波同轴线缆连接衰减器；衰减器通过微波同轴线缆连接发射天线；发射天线与被测物测试台正对；接收天线与发射天线间为空间电磁波吸收装置；空间电磁波吸收装置靠接收天线侧表面覆有吸波材料；测试环境地面覆盖吸波材料。

2.如权利要求1所述的一种在高功率微波实验中调节自由空间场强的测试系统，其特征在于：所述的高功率微波源(1)为不同类型的高功率微波源，包括不同波段的窄谱高功率微波源、不同中心频率和带宽的宽谱/超宽谱高功率微波源。

3.如权利要求1所述的一种在高功率微波实验中调节自由空间场强的测试系统，其特征在于：所述的空间电磁波吸收装置(3)包括金属支撑体(31)、天线固定架(32)、衰减器支撑台(33)、吸波材料(8)和移动滚轮(35)；金属支撑体(31)的一面布置吸波材料(8)，另一面设置天线固定架(32)；天线固定架(32)下方设置衰减器支撑台(33)；金属支撑体(31)下端面设置移动滚轮(35)。

4.如权利要求1或3所述的一种在高功率微波实验中调节自由空间场强的测试系统，其特征在于：所述的空间电磁波吸收装置(3)前面设置吸波材料(8)，功能是吸收并阻断高功率微波源(1)发射的电磁波；天线固定架(32)用于安装接收天线(2)和发射天线(6)；衰减器支撑台(33)用于放置衰减器(4)；移动滚轮(35)增加空间电磁波吸收装置(3)的移动性。

5.如权利要求1或4所述的一种在高功率微波实验中调节自由空间场强的测试系统，其特征在于：所述的接收天线(2)安装在空间电磁波吸收装置(3)前面，发射天线(6)安装在空间电磁波吸收装置(3)后面；衰减器(4)置于衰减器支撑台(33)上，用于对接收到的电磁波信号进行衰减；微波同轴线缆(5)一端接接收天线(2)，通过空间电磁波吸收装置(3)与衰减器(4)相连，另一端接发射天线(6)。

6.如权利要求5所述的一种在高功率微波实验中调节自由空间场强的测试系统，其特征在于：所述的被测物测试台(7)与发射天线(6)正对，与发射天线(6)口面距离为r；所述吸波材料(8)铺设在地面，用于吸收电磁波，减少多路径效应。

7.如权利要求1或6所述的一种在高功率微波实验中调节自由空间场强的测试系统，其特征在于：所述的接收天线(2)、微波同轴线缆(5)、衰减器(4)、发射天线(6)依次连接，用于对高功率微波源(1)发射的电磁波进行接收、衰减和重新发射。

8.如权利要求1或7所述的一种在高功率微波实验中调节自由空间场强的测试系统，其特征在于：一种在高功率微波实验中调节自由空间场强的测试系统的工作方式为，高功率微波源(1)发出高功率微波，一部分被接收天线(2)接收，未经接收天线接收的被空间电磁波吸收装置(3)吸收；被接收天线(2)接收的高功率微波通过衰减器(4)衰减后成为低场强微波，并由发射天线(6)发出；低场强微波作用于被测物测试台(7)上的被测试物，完成测试；

9.如权利要求8所述的一种在高功率微波实验中调节自由空间场强的测试系统，其特征在于：被测物到发射天线(6)口面距离r需满足以下公式要求：

技术总结
一种在高功率微波实验中调节自由空间场强的测试系统，属于高功率微波效应测试技术领域。包括高功率微波源、接收天线、空间电磁波吸收装置、衰减器、微波同轴线缆、发射天线、被测物测试台和吸波材料。通过增加空间电磁波吸收装置将传播方向的电磁波阻断吸收，再通过设置接收天线、衰减器、发射天线对电磁波进行接收、衰减和重新发射，实现在一个较小的空间范围内，将高功率微波空间辐照场强调节到一个较低的范围，进而使得在一个较小的微波暗室中，就能开展电子设备在高功率微波下的干扰或扰乱效应实验，并获得效应阈值。本发明适用高功率微波效应测试技术领域，降低测试实验的操作成本和人员成本，提高测试准确度。

技术研发人员：齐振恒,侯娜,张梁梁,栗苹,钟龙权,曹荣刚,周宇,张广为,高翔,张继豪
受保护的技术使用者：中国人民解放军军事科学院系统工程研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/25