基于辅助天线场强测试的舰船平台天线优化布置实验方法

摘要

基于辅助天线场强测试的舰船平台天线优化布置实验方法，包括如下步骤：从天线布置方案中选择一套方案，搭建模拟实验平台，开展设备间的电磁干扰模拟实验，确定存在电磁干扰的天线对；基于真实装备，通过引入辅助天线获得此方案下干扰天线对之间的干扰场强阈值和干扰场强变化规律；然后在不移动受扰装备及天线的情况下，通过移动辅助天线获得其它待布置位置的最大干扰场强；通过各个位置最大干扰场强的比较以及与干扰场强阈值进行比较，并结合其它干扰对的模拟实验结果优化确定天线布置方案。本发明直接依据真实装备的干扰现象优化确定天线布置；辅助天线架设和移动方便，避免重新移动、布置、连接以及调试真实装备，缩短实验周期，提高实验效率。

说明书

技术领域

本发明属于电磁兼容性测试领域，具体涉及一种基于辅助天线场强测试的舰船平台天线优化布置实验方法，能够通过辅助天线获得待优化布置天线位置的场强、干扰场强阈值，通过比较不同位置的场强及同干扰场强阈值的对比，进而确定天线的最终布置位置。

背景技术

现代舰船为了提升自身的作战性能，在上层建筑上布置了大量的天线，如果天线布置不当，极易造成相互间的电磁干扰，从而影响舰船作战性能的发挥。在舰船设计阶段，天线的优化布置是设计的重点之一，设计师根据以往同类型舰船的设计经验或者仿真预测，会形成多套天线布置方案。为了确定最优的布置方案，通常需要进行相应的陆上模拟实验，对于有多个布置位置的天线，如果直接用真实装备的天线进行实验，除了移动天线外，其所连接的发射机、接收机、供电系统、制冷系统等也需要相应的移动，移动后需要重新布线连接与调试，延长了实验的进度；例如，对于移动相控阵往往至少需要2天时间。如果在一种布置方案下，对存在干扰的天线对，通过引入辅助天线，获得受扰天线位置干扰场强的大小以及干扰场强阈值，那么就可以在不移动装备天线及装备的情况下，通过辅助天线获得其它待定布置方案中受扰天线处的最大干扰场强，然后与其干扰场强阈值进行比较，并结合整个舰船其它干扰对的模拟实验结果，以确定最优的布置方案。

发明内容

本发明要解决的问题是，针对现有技术存在的上述不足，提供一种基于辅助天线场强测试的舰船平台天线优化布置实验方法，通过辅助天线来获得受扰设备天线处的干扰场强阈值和其它布置位置的最大干扰场强，避免每个待选位置采用真实装备开展试验带来的长时间开销，大幅提高天线优化布置方案选择实验的效率。

本发明为解决上述技术问题采用的技术方案是：

基于辅助天线场强测试的舰船平台天线优化布置实验方法，包括如下步骤：

步骤S1、从天线布置方案中选择一套方案，搭建模拟实验平台，开展设备间的电磁干扰模拟实验，确定存在电磁干扰的天线对；

步骤S2、对于存在电磁干扰的天线对，进行干扰场强和干扰场强阈值的测试：假设B天线对待定A天线产生电磁干扰，两者工作频率相近，实验发现B天线和待定A天线指向相对时电磁干扰最强，而当B天线指向慢慢偏离待定A天线时，B天线对待定A天线的电磁干扰逐渐减弱，偏离到一定程度时干扰消失、此时处于临界干扰；

步骤S3、将辅助天线C架设于待定A天线旁边，辅助天线C高度、指向与待定A天线一致，分别在B天线对待定A天线干扰最强和临界干扰时测试待定A天线处的干扰场强，最大干扰场强记为E_max，临界干扰场强记为E_th；

步骤S4、将辅助天线C架设到其它天线布置方案中的待定A天线布置位置旁边，测试B天线发射时待定A天线旁边的辅助天线C的场强，即得到待定A天线布置位置处的最大干扰场强E_max，并将该场强值与步骤S2中测得的临界干扰场强E_th比较，若E_th与最大干扰场强E_max相比有6dB安全裕量，那么该位置作为待定A天线的布置位置；对所有待定A天线布置位置的最大干扰场强进行测试，并进行排序，作为待定A天线布置位置的布点形成相应列表；

步骤S5、最后结合所有天线干扰对消解情况，确定每个天线最优的布置位置。

按上述方案，所述步骤S3～S4中待定A天线处的最大干扰场强的测试步骤具体如下：

i)辅助天线C的架设高度与待定A天线高度一致，并根据待定A天线工作时方位、俯仰角范围，将辅助天线C的指向设为指向发射天线B所在位置的指向(最接近发射天线B的指向)；

ii)B天线按正常工作状态发射，按照其工作时的方位角、俯仰角范围，通过具有最大保持功能的频谱分析仪，记录此过程中最大干扰场强；

iii)改变辅助天线C的指向，重复上述步骤ii)，记录此过程中的最大干扰场强。

按上述方案，测试最大干扰场强所需的干扰场强测试系统包括辅助天线C、带云台的天线支架、电缆、衰减器、低噪声放大器、频谱分析仪和控制计算机，辅助天线C通过带云台的天线支架以及低损耗电缆依次与衰减器、低噪声放大器、频谱分析仪和控制计算机连接；

测得的干扰场强与频谱分析仪测得的辅助天线C输出口电压之间的计算公式如下：

E＝kV_c

上式中，E为干扰场强，单位为V/m；k为辅助天线C的天线系数，单位为1/m；V_c为辅助天线C输出口电压，单位为V。

按上述方案，辅助天线C具有宽波束(如波束宽度大于20度)、高增益(如工作频段内增益优于10dBi)和较高工作频率范围，频率范围0.7GHz～18GHz。

本发明的工作原理是：对于出现电磁干扰的天线对，首先基于真实装备，通过引入辅助天线获得此方案下干扰天线对之间的干扰场强阈值和干扰场强变化规律；然后，在不移动受扰装备及天线的情况下，通过移动辅助天线获得其它待布置位置的最大干扰场强，通过各个位置最大干扰场强的比较以及与干扰场强阈值进行比较，并结合整个舰船其它干扰对的模拟实验结果，来优化确定最佳的天线布置方案。

本发明的有益效果为：

1、充分利用了真实装备的真实性和辅助天线的灵活性：干扰对之间的干扰场强阈值和干扰场强的变化规律，直接依据真实装备的干扰现象确定天线布置方案；辅助天线架设和移动方便，避免了重新移动、布置、连接以及调试真实装备(系统)等重复工作，缩短了实验周期，提高了实验效率；

2、方法简便，工程适用性强，除了用于陆上模拟电磁兼容试验外，也可用于舰船加改装中天线布置方案的确定中。

附图说明

图1为本发明实施例中存在电磁干扰的天线对布置方案一的侧视图；

图2为本发明实施例中存在电磁干扰的天线对布置方案一的俯视图；

图3为本发明实施例中布置方案一下辅助天线C架设位置的布置侧视图；

图4为本发明实施例中布置方案一下辅助天线C架设位置的布置俯视图；

图5为本发明实施例中干扰场强测试系统的配置图；

图6为本发明实施例中将辅助天线C架设到新的待选位置后的布置侧视图；

图7为本发明实施例中将辅助天线C架设到新的待选位置后的布置俯视图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明。

参照图1～图2所示，本实施实例中布置方案一下，B天线对待定A天线产生电磁干扰，其中待定A天线、B天线均为抛物面天线，待定A天线方位角工作范围为[0°,360°]，仰角工作范围为[0°,90°]，B天线的方位角工作范围为[0°,360°]，仰角固定为0°，两天线均工作在C波段。

基于辅助天线场强测试的舰船平台天线优化布置实验方法，具体实施步骤如下：

(1)按图1～图2所示上层建筑布置，搭建模拟实验平台，将待定A天线和B天线及其相应配套设备(如发射机、接收机、供电系统、制冷系统等)安装到位，系统自检正常，开展设备间的电磁干扰模拟实验，确定存在电磁干扰的天线对；

(2)待定A天线处于接收状态，B天线处于发射状态，通过频谱分析仪测试B天线对待定A天线的干扰耦合，其中测试端口为待定A天线的射频输出口；实验中发现B天线和待定A天线指向相对时电磁干扰最强(干扰耦合最大)，而当B天线指向慢慢偏离待定A天线一定角度后，B天线对待定A天线的电磁干扰逐渐减弱，当干扰消失时，记下此时B天线的指向(此时处于临界干扰)；

(3)将辅助天线C架设于待定A天线旁边，辅助天线C高度、指向与待定A天线一致，如图3～图4所示，分别在B天线对待定A天线干扰最强和临界干扰时测试待定A天线线处的场强(由于辅助天线C较小，可认为辅助天线C测的场强即为待定A天线处场强)，最大干扰场强记为E_max，临界干扰场强记为E_th；如图5所示，测试最大干扰场强所需的干扰场强测试系统包括辅助天线C、带云台的天线支架、电缆、衰减器、低噪声放大器、频谱分析仪和控制计算机，辅助天线C通过带云台的天线支架以及低损耗电缆依次与衰减器、低噪声放大器、频谱分析仪和控制计算机连接，辅助天线C具有宽波束(如波束宽度大于20度)、高增益(如工作频段内增益优于10dBi)和较高工作频率范围(如0.7GHz～18GHz)；

(4)将辅助天线C架设到待定A天线的另一个待选位置，如图6～图7所示，辅助天线C的架设高度与待定A天线高度一致，根据待定A天线与B天线的相对位置，计算出两者天线中心线之间的俯仰角θ和方位角并将辅助天线C的方位角、俯仰角分别设为和θ；B天线按正常工作状态旋转发射，方位步进角度为1°，每个方位上天线的驻留时间为20ms，频谱分析仪采用最大保持更能，记录此过程中最大干扰场强E_max，实验中临界干扰场强E_th满足比E_max高6dB的判定条件，说明此新位置待定A天线和B天线能够兼容工作；对所有待定A天线布置位置的最大干扰场强进行测试，并进行排序，作为待定A天线布置位置的布点形成相应列表；

(5)最后结合所有天线干扰对消解情况，确定每个天线最优的布置位置。

应理解，上述实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。