[发明专利]一种短波发射天线辐射效率自动监测方法及监测系统

说明书

技术领域

本发明属于通信技术领域，涉及一种应用于短波发射天线辐射效率自动监测的技术，具体的是涉及一种短波发射天线辐射效率自动监测方法及监测系统。

背景技术

短波发信台站的通信任务非常繁重，发射天线系统应时刻具有良好的状态，因此，经常需要对发射天线系统的健康状态进行巡检。很多短波发信台站处在山区、郊区，交通不便，发信台站的天线系统主要采用人工巡检、维护的方式，而且人工巡检、维护的周期比较长，短波通信台站一般是几个月巡检一次，由于天线场区地形复杂，人工巡检、维护的难度很大，如果遇到恶劣天气，根本就无法执行人工巡检任务。目前对天线的测试主要还是局限于检测绝缘阻抗、输入阻抗和驻波比等几个基础参数，而对表征天线将高频电流能转化为空间辐射电磁波有效程度，衡量天线辐射性能与工作状态的重要指标如天线辐射效率，尚没有方便可行的实时、自动监测手段。

对短波发射天线的电气参数检测设备目前国内已有不少研究成果，但对短波发射天线辐射效率的在线自动监测和记录设备在国内目前还属于空白。国外在天线辐射效率测量方面已取得了较多的研究成果，较为成熟的定向性/增益法、维勒帽法、随机场法和辐射计法等基本上是在电波暗室或混响室内进行操作，目前还没有一种有效的方法能实现在不影响短波天线正常工作的条件下对其辐射效率的变化进行野外复杂地形条件下实时自动监测。

发明内容

本发明所要解决的问题是针对上述现有技术而提出一种适合在野外复杂地形条件下对短波发射天线工作运行时的辐射效率自动监测的系统及实现方法。通过研究基于复杂地形条件下外场场强测量的短波天线辐射效率监测技术，实现短波天线辐射效率变化的自动监测，为短波天线辐射性能和工作状态的评估提供量化指标，为短波通信台站天线辐射效率的自动化监测提供方法，解决人工巡检难度大以及测量周期长的问题。本发明方法通过在外场场强测量得到天线场远场区的电场强度幅值，实现对天线辐射场点功率面密度的抽样，由该样本值依据天线辐射场仿真计算得到的方向系数估计天线的辐射功率，测量前向功率得到天线的输入功率，天线的辐射效率由辐射功率与输入功率的比值计算得到。

为了实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种短波发射天线辐射效率监测方法，通过远场区场强测量单元得到远场区场点电场强度幅值，实现对天线辐射场点功率面密度的抽样，由该样本值依据天线辐射场仿真得到的方向系数估计天线的辐射功率，通过近场区功率测量单元测量前向功率得到天线的输入功率，再计算辐射功率与输入功率的比值得到的辐射效率。

本发明的一个实施例中，所述天线辐射场仿真包括平面分层介质结构域变换法和RWG矩量法的近地架设短波天线辐射场的仿真，通过短波天线辐射场的仿真，得到其辐射功率的空间相对分布。

本发明的一个实施例中，所述通过远场区场强测量单元得到远场区场点电场强度幅值具体为，利用环天线场强测量系统进行短波天线辐射场的室外远场场强测量，实现场点功率面密度的抽样。

本发明的一个实施例中，上述方法具体包括如下步骤：

首先，获取测试参数，所述测试参数包括天线架设地面的电参数包括介电常数和电导率、测量天线所在场点相对于被测天线的方位，以及被测天线的物理参数包括天线形式、振子尺寸和架高；建立近地架设短波天线辐射场仿真模型和天线的带状结构模型，计算待测天线归一化场强方向图和在测试点处的方向系数；

其次，校准环天线场强测量系统，进行单场点分时场强幅值测量，同时通过近场区功率测量单元测量天线前向功率，并将场强幅值和前向功率测量结果送至上位机；

然后，通过实测场强幅值计算场点电磁功率面密度，依据仿真得到的方向系数估计天线辐射功率，天线辐射效率由辐射功率与输入功率的比值计算，即可完成短波发射天线辐射效率的监测和评估。

本发明的一个实施例中，所述天线辐射效率为：

其中，为方向系数，为远场区场点场强，方向系数由天线辐射场的仿真得到，场强由环天线场强测量系统进行测量，输入功率P_in由定向耦合器或功率计测量前向功率得到。

按照本发明的另一方面，还提供了一种实现上述短波发射天线辐射效率监测方法的监测系统，所述监测系统由近场区功率测量单元与远场区场强测量单元两部分组成，近场区功率测量单元包括：功率测量模块、ARM控制模块与近场区网络接口模块；远场区场强测量单元包括：接收环天线、场强测量模块、数据处理模块、主控模块、LCD显示屏、键盘接口以及远场区网络接口模块，其中：