一种射电望远镜宽带电磁屏蔽效能检测系统及检测方法

摘要

本发明公开了一种射电望远镜宽带电磁屏蔽效能检测系统及检测方法，该检测系统包括发射模块和接收模块；发射模块包括信号源和发射天线，信号源用于发出指定频率的电信号并经发射天线发出；接收模块包括频谱仪和接收天线，接收天线用于接收信号源发出的电信号，并将接收的电信号传输至频谱仪；频谱仪与信号源电耦合，以保证二者发出和接收电信号的同步；频谱仪分别接收信号源放入屏蔽体前后发出的电信号，进而计算出屏蔽体的屏蔽效能。本申请可以检测频率段中的多个频点、检测效率高、避免了手动测试对测试人员的影响且自动生成检测结果报表，省时省力。

说明书

技术领域

本发明涉及电磁屏蔽效能检测领域，尤其涉及一种射电望远镜宽带电磁屏蔽效能检测系统及检测方法。

背景技术

射电天文望远镜观测来自宇宙非常微弱的无线电信号，接收频段可覆盖从几十MHz到上百GHz的频率范围。由于射电望远镜具有极高的灵敏度，极易收到来自外界和自身无线电干扰，从而影响正常运行和科学产出。以国家重大科技基础设施500米口径球面射电望远镜(FAST)为例，它的工作频率在70MHz-3000MHz，建成后将成为世界上最大口径的射电望远镜，灵敏度非常高，对台址周边电磁环境要求也非常高，来自地面的无线电干扰会影响射电天文望远镜的工作。因此，对FAST台站内的电磁屏蔽室、屏蔽柜提出了70MHz-3000MHz频率内屏蔽效能大于120dB的要求，这就需要进行严格的电磁屏蔽效能测试。

现有的对屏蔽体电磁屏蔽效能的测试方法通常是以手动测试、单频点测试、人工记录、整理和进行符合性判断为主；其存在如下问题：

1、检测结果不完整；由于射电望远镜观测频率范围很宽，如果挑选有限的频率点进行检测，如常规测试的频点在70MHz-3GMHz内只测100MHz、450MHz、950MHz、3GMHz四个频点，导致测试结果不完整，出现某些频点不能满足要求，从而干扰射电望远镜的正常运行。

2、测试效率低；由于需要测试的屏蔽体较多，如果增加测试频点，手工测试的工作量将大量增加，测试效率低下。

3、辐射影响测试人员的健康；由于测试人员手动操作将会暴露在辐射场内，对测试人员的健康不利。

4、测试结果整理费时费力；由于手工制作测试报表耗时长，而且容易造成测试结果的不客观。

因此，如果解决上述问题成为本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

针对背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种射电望远镜宽带 电磁屏蔽效能检测系统及检测方法，本申请可以检测频率段中的多个频点、检测效率高、避免了手动测试对测试人员的影响且自动生成检测结果报表，省时省力。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种射电望远镜宽带电磁屏蔽效能检测系统，所述检测系统包括发射模块和接收模块；所述发射模块包括信号源和发射天线，所述信号源用于发出指定频率的电信号并经所述发射天线发出；所述接收模块包括频谱仪和接收天线，所述接收天线用于接收所述信号源发出的电信号，并将接收的电信号传输至所述频谱仪；所述频谱仪与所述信号源电耦合，以保证二者发出和接收电信号的同步；所述频谱仪分别接收所述信号源放入屏蔽体前后发出的电信号，进而计算出屏蔽体的屏蔽效能。

进一步，所述频谱仪与所述信号源通过光纤实现电耦合，二者之间无金属连接，以避免金属连接对屏蔽效能测试准确性的影响。

进一步，基于所述检测系统的检测方法包括如下步骤：

1)使用光纤连接频谱仪和信号源，使所述信号源发出信号和所述频谱仪接收信号同步，且频谱仪连接有接收天线，信号源连接有发射天线；

2)控制所述信号源按照设定的功率和频率输出信号；

3)控制所述频谱仪接收信号的频率与所述信号源发出信号的频率一致；

4)所述频谱仪分别接收所述信号源放入屏蔽体前后发出的电信号，并自动存储接收到的数据；

5)利用步骤4)中的数据并根据屏蔽效能计算计算出屏蔽体的屏蔽效能。

进一步，所述步骤3)具体为：首先设置要检测频率段的起始频率和终止频率、频率段内的检测频点数及信号源的输出功率，然后控制所述信号源按照设定的功率和频率输出信号。

进一步，所述检测方法还包括步骤6)：计算出屏蔽体的屏蔽效能之后自动生成屏蔽效能报表。

本发明具有以下积极的技术效果：

本申请可以检测频率段中的多个频点、检测效率高、避免了手动测试对测试人员的影响且自动生成检测结果报表，省时省力。

附图说明

图1是本发明的检测系统的结构示意图；

图2是本发明的发射模块放入屏蔽体内部的结构示意图。

具体实施方式

下面，参考附图，对本发明进行更全面的说明，附图中示出了本发明的示例性实施例。然而，本发明可以体现为多种不同形式，并不应理解为局限于这里叙述的示例性实施例。而是，提供这些实施例，从而使本发明全面和完整，并将本发明的范围完全地传达给本领域的普通技术人员。

为了易于说明，在这里可以使用诸如“上”、“下”“左”“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位(旋转90度或位于其他方位)，这里所用的空间相对说明可相应地解释。

电磁屏蔽效能测试基本原理如下：

屏蔽是利用屏蔽体阻止或减少电磁能量传输的一种措施。屏蔽体是用以对设备或装置进行封闭的一种阻挡层。

屏蔽体的性能以屏蔽效能来表示。屏蔽效能的定义是：对给定外来源进行屏蔽时，在某一点上屏蔽体安放前后的电场强度或磁场强度之比值，即：

$\mathrm{SE}=\frac{E_0}{E_1}$

式中SE——屏蔽效能，倍数；

E0——无屏蔽体时某一点的电场强度或磁场强度；

E1——安放屏蔽体后同一点的电场或磁场强度。

根据以上屏蔽效能的定义，只要保持同样入射场功率的条件下，分别测出同一点处屏蔽前后的场强，其比值就是屏蔽效能，通常以分贝表示：

${\mathrm{SE}}_{\mathrm{dB}}=20\lg \frac{E_0}{E_1}$

要测量某一点的绝对场强是困难的。在屏蔽效能测量中，往往需根据被测屏蔽体的尺寸、屏蔽的性质选择相应的探头，而这类探头一般是未经检定的，即使使用电磁干扰测量仪作指示仪器。也只能测得感应电压。

一般用于屏蔽测量的探头均属线性部件，即探头的感应电压与外界场强成正比，测量读数为：

U₀＝KE₀   U₁＝KE₁

式中U0——屏蔽前探头上的感应电压；

U1——屏蔽后探头上的感应电压；

K——与探头参数有关的常。

这样屏蔽效能可用屏蔽前后在探头上的感应电压值之比来表示，即：

${\mathrm{SE}}_{\mathrm{dB}}=20\lg \frac{U_0}{U_1}$

电压干扰测量仪的指示刻度是以dBμV为单位，屏蔽效能为：

SE_dB＝U_0dB-U_1dB

因此，屏蔽效能为屏蔽前后电磁干扰测量仪上的分贝计数之差。

以上是屏蔽效能测量的基本原理。但是对于不同大小的屏蔽体，根据选择的电场传感器不同、发射源及接收设备不同，其测量方法是有差异的。目前国内对于屏蔽室或小型屏蔽箱体的屏蔽效能测量各有标准：

大型屏蔽室：GB/T 12190－2006

小型屏蔽箱：GJB 5185－2003、GB/T 18663.3－2007

如图1-2所示，本申请的一种射电望远镜宽带电磁屏蔽效能检测系统，该检测系统包括发射模块和接收模块；其中，发射模块包括信号源和发射天线，信号源用于发出指定频率的电信号并经发射天线发出；接收模块包括频谱仪和接收天线，接收天线用于接收信号源发出的电信号，并将接收的电信号传输至频谱仪；频谱仪与信号源电耦合，以保证二者发出和接收电信号的同步；频谱仪分别接收信号源放入屏蔽体前后发出的电信号，进而计算出屏蔽体的屏蔽效能。其中，频谱仪选择Agilent N9020A(仪器自带Windows XP操作系统，所以不再单独配置控制计算机)；Windows XP操作系统：实现硬件驱动管理、文件操作处理与网络通信服务，为Matlab软件提供底层支撑。Matlab：实现宽带电磁屏蔽效能自动测试系统的核心功能，包括信号源控制、频谱仪控制、测试数据处理、算法、数据报表自动生成功能。信号源选择Agilent N5181B。

优选地，所述频谱仪与所述信号源通过光纤实现电耦合，二者之间无金属连接，以避免金属连接对屏蔽效能测试准确性的影响。频谱仪和信号源协同工作。信号源放置于屏蔽室内，频谱仪放置于屏蔽室外。两者利用光纤网络通讯， 无金属连接线，可保证不干扰屏蔽室的真实屏蔽效能。频谱仪和信号源均支持LXI(LAN eXtension for instrumentation)协议，在以太网之上运行，在网络层完全使用以太网协议，使得可以简易改造成基于光纤的通用网路链接，命令传输延迟小于1ms。

频谱仪本身运行有一个操作系统，相当于一台计算机，可同时使用LXI协议控制频谱仪本身和信号源，使得两者可高速协同工作。同时，将需要频谱仪、信号源、控制计算机三台仪器完成的工作集成由两台仪器完成。

利用网络通讯可快速改变信号源的频率，设定一个频率后，进而使用频谱仪测量该频率处的接收到的功率。测量一个频率点所需时间约3秒，远小于传统方法的。

以FAST工作波段为例：频率选择100个频点，近似成等比数列，可非常密集的覆盖70MHz至3GHz波段，且所用测量时间小于5分钟。频点数目和开始结束频率可根据具体测试需求进行自由调整。相对于传统方法只测量100MHz、450MHz、950MHz、3GHz四个频点，更全面且快速的覆盖了FAST波段。在自动测量生成频率点的之后，测量一遍环境干扰，将受到手机通信等频段的干扰频点去除。这样即可密集覆盖测试频段，又可将环境干扰减小到最低。

再用第一步参考电平测试接收到的功率减去屏蔽效能测试接收到的功率，即得到屏蔽效能。因为是相对测量，同时有另一个方便之处：线缆衰减和放大器都不用严格标定，仅需使用相同线缆和放大器即可。

优选地，基于检测系统的检测方法包括如下步骤：

1)使用光纤连接频谱仪和信号源，使信号源发出信号和频谱仪接收信号同步，且频谱仪连接有接收天线，信号源连接有发射天线；

2)控制信号源按照设定的功率和频率输出信号；

3)控制频谱仪接收信号的频率与信号源发出信号的频率一致；

4)频谱仪分别接收信号源放入屏蔽体前后发出的电信号，并自动存储接收到的数据；

5)利用步骤4)中的数据并根据屏蔽效能计算计算出屏蔽体的屏蔽效能。

优选地，步骤3)具体为：首先设置要检测频率段的起始频率和终止频率、频率段内的检测频点数及信号源的输出功率，然后控制所述信号源按照设定的功率和频率输出信号。

优选地，检测方法还包括步骤6)：计算出屏蔽体的屏蔽效能之后自动生成 屏蔽效能报表。

本申请的源代码如下：

射电望远镜宽带电磁屏蔽效能自动测试系统已经在FAST工程EMC测试中得到具体应用，进行了多次屏蔽效能的测量。下面是2014年12月在大窝凼现 场进行屏蔽效能测量的应用实例。

测试设备布置：室内发射天线与室外接收天线间距2米、同水平高度和极化。光纤连接控制信号源在70-3000MHz测试范围内的指数坐标上均匀选取100个测量点。频谱仪同步接收测试。

索驱动7H电气屏蔽室屏蔽效能测试结果：该屏蔽室设计指标是70MHz-3000MHz大于等于120dB，测试显示200MHz-2GHz已满足要求。受测试天线限制，70-200MHz测量灵敏度不够，此处更换低频天线即可，2GHz以上部分由于屏蔽室焊缝和屏蔽门等原因没有达到要求，需进行整改。

高动态范围、宽带电磁屏蔽效能自动测试系统已投入FAST工程实际测量应用，系统使用方便、测试高效、可以测试120dB的屏蔽效能、测试结果客观准确。解决了传统屏蔽效能手动测试存在的问题。满足射电天文望远镜要求的宽带、高动态范围的电磁屏蔽效能测试需求。

上面所述只是为了说明本发明，应该理解为本发明并不局限于以上实施例，符合本发明思想的各种变通形式均在本发明的保护范围之内。