一种三维空间电磁场分布测量系统及测试方法技术方案

本发明专利技术公开了一种三维空间电磁场分布测量系统及测试方法，属于电磁场测量技术领域，包括：测试对象、接收端和控制处理端；测试对象包括电磁发生装置及功率放大器；接收端包括电磁场接收探头及三维扫描架；控制处理端包括频谱仪、驱动器、矢量信号源、数据处理器及显控平台；显控平台将调制信号下载至矢量信号源，并通过矢量信号源将输出信号通过功率放大器连接至电磁发生装置；显控平台通过驱动器控制三维扫描架沿预设轨迹运行，带动三维扫描架托盘上固定连接的电磁场接收探头沿设定的轨迹接收电磁发生装置产生的电磁波，经由频谱仪测量出的场强值并存入存储器，然后由数据处理器实时将存入的数据绘制成场分布图。可以提升空间场测量的测试效率。场测量的测试效率。场测量的测试效率。

【技术实现步骤摘要】
一种三维空间电磁场分布测量系统及测试方法


[0001]本专利技术属于电磁场测量
，更具体地，涉及一种三维空间电磁场分布测量系统及测试方法。

技术介绍

[0002]随着无线输能技术、雷达技术和电磁兼容技术的发展，电磁波的空间传输特性测量越来越重要，无论是研究远距离大功率微波发射设备传输能量在空间中的分布规律，还是探测芯片周边场强度的分布规律，其测量精准度对系统的设计和理论分析起了关键作用。在微波无线传能
，高增益天线、近场聚焦和波矢调控技术都需要通过实验进行验证，接收端整流天线和整流电路也需要依据测量结果进行设计。在雷达
，研究相控阵雷达波束的形成和控制，需要进行场分布的测试。在电磁兼容
，当设备需要进行电磁兼容仿真设计以满足相关的辐射安全标准时，设备三维空间内电磁场分布测量是有效的分析验证手段，能使电磁波在三维空间内可视化，以测试结果为导向，可准确测得辐射量超标准部位从而推断出电磁干扰源。因此为了促进相关技术的发展，需要使三维空间电磁场分布测量逐步走向自动化和精准化。国内有提出使用无人机载空间电磁场测量系统，此系统由无人机平台、场探头和测试软件组件，无人机使用RTK差分定位系统，定位精度可达到厘米量级，但此方法使用的无人机供电受电池约束，续航能力多为25
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30分钟，大多情况下无法一次测量完成，导致测试不能连续进行，而且当测量场强较大时，易发生电磁兼容问题，致使无人机紊乱甚至损坏，同时也无法完成毫米量级精度的测试。因此一种三维空间电磁场分布测量系统和测试方法对于验证电磁波的空间传输特性，促进无线输能技术、雷达技术和电磁兼容技术的发展具有实际意义。

技术实现思路

[0003]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提出了一种三维空间电磁场分布测量系统及测试方法，能实现自动化、高精度及实时数据处理，可以根据实际工作条件选择多种结构配置，适用于无线能量传输技术、雷达技术和电磁兼容等领域的电磁场分布测试。
[0004]为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种三维空间电磁场分布测量系统，包括：测试对象、接收端和控制处理端；
[0005]所述测试对象包括电磁发生装置；所述接收端包括电磁场接收探头及三维扫描架；所述控制处理端包括频谱仪、驱动器、矢量信号源、数据处理器及显控平台；
[0006]所述电磁发生装置与所述矢量信号源连接，所述电磁场接收探头安装于所述三维扫描架上，所述电磁场接收探头与所述频谱仪连接，所述三维扫描架与所述驱动器连接，所述矢量信号源与所述功率放大器连接，所述显控平台分别与所述频谱仪、所述驱动器及所述矢量信号源连接，所述数据处理器与所述显控平台连接；
[0007]所述显控平台将调制信号下载至所述矢量信号源，并通过所述矢量信号源将输出信号发送至所述电磁发生装置；
[0008]所述显控平台通过所述驱动器控制所述三维扫描架沿设定的轨迹运行，带动所述三维扫描架托盘上固定连接的所述电磁场接收探头沿设定的轨迹接收所述电磁发生装置产生的电磁波，经由所述频谱仪测量出的场强值并存入所述显控平台中的存储器，然后由所述数据处理器实时将存入的数据绘制成场分布图。
[0009]其中，测试对象可以为天线或受试设备，在测试对象为天线时，利用天线的辐射特性将电信号能量转换为空间中电磁波能量，并定向辐射至某一方向，以达到特定的电磁活动为目标，不同的天线形式和不同的调控手段都将在远场处产生不同的辐射结果；在测试对象为待测量辐射标准的受试设备时，此方式是一种不通过天线的被动电磁辐射，它是由于电子设备工作时意外产生的，当电磁辐射量很高时，会成为一种干扰源。
[0010]其中，测试对象和接收端之间的距离随着测试对象的不同而有所改变，可以在数厘米至数米的范围内变化。
[0011]在一些可选的实施方案中，在所述测试对象为天线时，所述测试对象还包括位于所述电磁发生装置和所述矢量信号源之间的功率放大器，所述显控平台设置的调制信号下载至所述矢量信号源，并通过所述矢量信号源将输出信号通过所述功率放大器连接至所述电磁发生装置。
[0012]其中，所述功率放大器具有稳幅稳相特点，在测试对象为天线时，用于将所述矢量信号源(或矢量网络分析仪)输出的小功率微波信号按比例放大，以确保在相同的距离下所述电磁场接收探头能获得更大的输入功率。
[0013]在一些可选的实施方案中，所述电磁场接收探头为电场探头、磁场探头或测试天线，用于从所述电磁发生装置中捕获不同的电磁信号。
[0014]其中，电磁场接收探头需要根据不同的应用场景进行选型，通常需要考虑探头灵敏度、分辨率和频率响应特征，应具有较好的平坦度，以确保能够耦合到清晰的信号特征。
[0015]在一些可选的实施方案中，所述三维扫描架包括：可沿着竖杆上下移动的活动横杆、滑动配合的套在活动横杆上的可左右移动的横移滑块、可拆卸的设在横移滑块上且用于安装电磁场接收探头的托盘、用于限定活动横杆、横移滑块和底座移动位置的限位器，可在导轨上滑动的底座。
[0016]其中，所述三维扫描架的托盘固定连接有所述电磁场接收探头，可以利用三个电机带动所述电磁场接收探头在设定的三维轨迹上运行，其中，所述三维扫描架在一立方米的空间内步进精度达到毫米量级。
[0017]其中，三维轨迹需要根据不同的测试对象进行设定。若测试对象为芯片或电路板，可在电路板模型周边数毫米的空间轨迹上运行。若测试对象为天线，可在平行于天线口面的空间上，以一个立方体的轨迹运行。
[0018]其中，通常情况下托盘和竖杆部分应由非金属材料构成，以减小电磁扰动引起的测量误差，通过在三个运行维度的端点处设置限位器，阻止滑块运动出有效范围而造成脱落。
[0019]其中，频谱仪用于测量场的幅值，应有足够的幅值测试精度、灵敏性、动态范围和分辨率带宽，具有存储和运算功能，并且能够通过标准接口与显控平台连接进行远程控制。
[0020]其中，驱动器能够下载程序，可根据程序文件中编程点的空间位置控制三维扫描架进行工作，精准控制三轴的方位、运动速度及停留时长，具有一定的存储空间，并且能够
进行串口通信和网口通信。
[0021]其中，运行速度一般为固定值。停留时长需要根据测试对象辐射电磁波的特性、控制处理端仪表的性能，进行综合考量设定，一般为3
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5秒。
[0022]其中，所述电磁发生装置为天线时，矢量信号源与测试对象中的功率放大器相连，当测量至远场处辐射功率不足，可在中间加装功率放大器。
[0023]其中，所述显控平台与数据处理器、频谱仪、驱动器及矢量信号源相连，作为信息交互中心，用于显示控制数据处理器、频谱仪、驱动器及矢量信号源的设置参数，并获得经数据处理后的场分布图像加以显示。
[0024]其中，所述数据处理器与所述显控平台连接，用于调取数据库中所述频谱仪测量到的幅值，并通过相关算法将其转换为三维场强分布图。
[0025]其中，可以使用matlab提取数据库中的三个坐标轴和场强值，然本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三维空间电磁场分布测量系统，其特征在于，包括：测试对象、接收端和控制处理端；所述测试对象包括电磁发生装置；所述接收端包括电磁场接收探头及三维扫描架；所述控制处理端包括频谱仪、驱动器、矢量信号源、数据处理器及显控平台；所述电磁发生装置与所述矢量信号源连接，所述电磁场接收探头安装于所述三维扫描架上，所述电磁场接收探头与所述频谱仪连接，所述三维扫描架与所述驱动器连接，所述显控平台分别与所述频谱仪、所述驱动器及所述矢量信号源连接，所述数据处理器与所述显控平台连接；所述显控平台将调制信号下载至所述矢量信号源，并通过所述矢量信号源将输出信号发送至所述电磁发生装置；所述显控平台通过所述驱动器控制所述三维扫描架沿设定的轨迹运行，带动所述三维扫描架托盘上固定连接的所述电磁场接收探头沿设定的轨迹接收所述电磁发生装置产生的电磁波，经由所述频谱仪测量出的场强值并存入所述显控平台中的存储器，然后由所述数据处理器实时将存入的数据绘制成场分布图。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述测试对象可以为天线或受试设备，在测试对象为天线时，利用天线的辐射特性将电信号能量转换为空间中电磁波能量，并定向辐射至某一方向，以达到特定的电磁活动为目标，不同的天线形式和不同的调控手段都将在远场处产生不同的辐射结果；在测试对象为待测量辐射标准的受试设备时，此方式是一种不通过天线的被动电磁辐射，它是由于电子设备工作时意外产生的，当电磁辐射量很高时，会成为一种干扰源。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，在所述测试对象为天线时，所述测试对象还包括位于所述电磁发生装置和所述矢量信号源之间...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭龙颖，杨婧娴，肖龙，
申请(专利权)人：中国舰船研究设计中心，
类型：发明
国别省市：