一種場傳感器校準(zhǔn)系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種電磁場測試領(lǐng)域，特別設(shè)及一種場傳感器校準(zhǔn)系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，國內(nèi)外對于脈沖場的測量一般使用電磁脈沖場傳感器。超寬帶短脈沖電磁 場的脈沖上升時間和持續(xù)時間在ns量級或更短、頻譜寬度覆蓋范圍在幾十MHz或更寬，因此 測量難度大。為了保證電磁脈沖場強測量的準(zhǔn)確性，需要在時域?qū)﹄姶琶}沖場傳感器進行 性能校準(zhǔn)。
[0003] 時域校準(zhǔn)的難點在于獲得時域脈沖場的已知場即標(biāo)準(zhǔn)場。電磁場傳感器及探頭校 準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)IE邸Stdl309-2005中給出了一種單錐體結(jié)構(gòu)與金屬地面組合構(gòu)成的場傳感器校準(zhǔn) 系統(tǒng)，所述單錐體結(jié)構(gòu)與金屬地面組合后形成一個單錐體天線，在其福射場范圍內(nèi)定義一 校準(zhǔn)區(qū)域，用于對場傳感器進行校準(zhǔn)。由于場傳感器自身體積和材質(zhì)的作用，當(dāng)放入校準(zhǔn)場 區(qū)域進行校準(zhǔn)時，會對校準(zhǔn)場區(qū)域的場分布造成影響。
[0004] 單錐體天線的結(jié)構(gòu)參數(shù)決定單錐體與金屬地面之間場分布的狀態(tài)。通常，單錐體 結(jié)構(gòu)的形狀為倒V型的線性變換結(jié)構(gòu)，電磁場分布的狀態(tài)使得校準(zhǔn)區(qū)域較小;在進行電磁場 傳感器校準(zhǔn)時，場傳感器的放入對校準(zhǔn)區(qū)域內(nèi)部場分布的影響較大，因而直接影響傳感器 的校準(zhǔn)精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明提出一種場傳感器校準(zhǔn)系統(tǒng)和方法，解決校準(zhǔn)區(qū)域小、場傳感器器對校準(zhǔn) 區(qū)域內(nèi)場分布影響大的問題，提高場傳感器校準(zhǔn)精度。
[0006] 本發(fā)明提出的場傳感器校準(zhǔn)系統(tǒng)，包含單錐體和平面體，所述單錐體和平面體均 為導(dǎo)體。
[0007] 所述單錐體沿軸向旋轉(zhuǎn)對稱，包含頂面、底面、側(cè)面，所述單錐體從頂面至底面逐 漸變細;所述側(cè)面的旋轉(zhuǎn)曲線形狀為指數(shù)曲線。
[0008] 所述單錐體的軸向與所述平面體相垂直，構(gòu)成一單錐體天線，所述單錐體的頂面 位于遠端，所述單錐體的底面與饋電的同軸電纜的內(nèi)導(dǎo)體連接。
[0009] 進一步地，場傳感器校準(zhǔn)系統(tǒng)還包含一時域脈沖發(fā)生器，所述時域脈沖發(fā)生器產(chǎn) 生脈沖信號，通過所述饋電的同軸電纜輸入到所述單錐體，在所述單錐體與所述平面體之 間產(chǎn)生時域脈沖福射場。
[0010] 本發(fā)明提出的場傳感器校準(zhǔn)方法，包含W下步驟：
[0011] 設(shè)置一單錐體天線，所述單錐體的軸向與導(dǎo)電的平面體相垂直，所述單錐體的頂 面位于遠端，所述單錐體從頂面至底面W指數(shù)形式逐漸變細，與所述平面體的邊緣距離變 遠。
[0012] 在單錐體天線福射的范圍內(nèi)定義一立方體校準(zhǔn)區(qū)域，在該立方體的頂點及各邊中 點設(shè)置參考點，分別計算有、無場傳感器的情況下所述參考點的電場強度，比較所述有、無 場傳感器的情況下各參考點電場強度，得到場傳感器對校準(zhǔn)區(qū)域內(nèi)部場分布的影響。
[OOK]所述單錐體天線側(cè)面的旋轉(zhuǎn)曲線的方程為:y = reEz，且
，其中r為 單錐體底面半徑，C為指數(shù)項系數(shù)，R為單錐體頂面半徑，h為單錐體高度；
[0014] 本發(fā)明有益效果如下：
[0015] 本發(fā)明的裝置中單錐體天線的阻抗變換方法是指數(shù)變換形式而不是線性變換形 式，擴大了場傳感器可使用校準(zhǔn)區(qū)域，減小了場傳感器對校準(zhǔn)區(qū)域內(nèi)部場分布的影響，因此 提高了場傳感器的校準(zhǔn)精度。本發(fā)明通過指數(shù)變換的形式，使得靠近單錐體饋電端處的結(jié) 構(gòu)變細，單錐體外表面與平面體邊緣的距離變遠，場傳感器校準(zhǔn)可使用的空間區(qū)域變大。數(shù) 值計算表明，在該天線結(jié)構(gòu)中，選擇與線性變換結(jié)構(gòu)中相對平面體邊緣位置相同的空間區(qū) 域，置入同樣尺寸的電磁場傳感器進行校準(zhǔn)時，場傳感器對校準(zhǔn)區(qū)域內(nèi)部場分布的影響明 顯變小。
【附圖說明】
[0016] 為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使 用的附圖作簡要介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本 領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可W根據(jù)運些附圖獲得其 他的附圖。
[0017] 圖1是現(xiàn)有技術(shù)單錐體與金屬地面組合的校準(zhǔn)系統(tǒng)示意圖；
[0018] 圖2是本發(fā)明指數(shù)變換單錐體天線的場傳感器校準(zhǔn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019] 圖3是單錐體天線的旋轉(zhuǎn)曲線示意圖；
[0020] 圖4是線性變換單錐體天線仿真模型示意圖；
[0021] 圖5是指數(shù)變換單錐體天線仿真模型示意圖；
[0022] 圖6是場傳感器對兩種單錐體天線校準(zhǔn)區(qū)域內(nèi)部場分布影響的比較。
【具體實施方式】
[0023] 為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明實施例中提供了一種場傳感器校準(zhǔn)系統(tǒng)和方法， 目的在于減小場傳感器對校準(zhǔn)區(qū)域內(nèi)部場分布的影響，提高場傳感器校準(zhǔn)精度。下面結(jié)合 說明書附圖對本發(fā)明各個實施例作進一步地詳細描述。顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā) 明的一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在 沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0024] 圖1是現(xiàn)有技術(shù)單錐體與金屬地面組合的校準(zhǔn)系統(tǒng)示意圖，該校準(zhǔn)系統(tǒng)包括單錐 體結(jié)構(gòu)、金屬地面及時域脈沖發(fā)生器。電磁場傳感器及探頭校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)IE邸Stdl309-2005中 給出了一種單錐體結(jié)構(gòu)與金屬地面組合構(gòu)成的場傳感器校準(zhǔn)系統(tǒng)。其中的單錐體結(jié)構(gòu)為線 性變換結(jié)構(gòu)的倒V型。系統(tǒng)工作時，時域脈沖發(fā)生器發(fā)射脈沖信號注入單錐體結(jié)構(gòu)，在單錐 體結(jié)構(gòu)與金屬地面之間產(chǎn)生時域脈沖福射場，被校準(zhǔn)的場傳感器位于福射場內(nèi)，進行場傳 感器的時域校準(zhǔn)。
[0025] 圖2是本發(fā)明指數(shù)變換單錐體天線的場傳感器校準(zhǔn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，作為本發(fā)明 的實施例，所述場傳感器校準(zhǔn)系統(tǒng)，包含單錐體11和平面體20,所述單錐體和平面體均為導(dǎo) 體。所述單錐體沿軸向旋轉(zhuǎn)對稱，包含頂面、底面、側(cè)面，所述單錐體從頂面至底面逐漸變 細;所述側(cè)面的旋轉(zhuǎn)曲線形狀為指數(shù)曲線。所述單錐體的軸向與所述平面體相垂直，構(gòu)成一 單錐體天線，所述單錐體的頂面位于遠端，所述單錐體的底面與饋電的同軸電纜30的內(nèi)導(dǎo) 體連接。
[0026] 時域脈沖發(fā)生器產(chǎn)生脈沖信號，通過所述饋電的同軸電纜輸入到所述單錐體，在 所述單錐體與所述平面體之間產(chǎn)生時域脈沖福射場。
[0027] 合理選擇所述指數(shù)曲線的解析式形式。下面根據(jù)單錐體天線頂面與底面尺寸，確 定指數(shù)曲線的解析式參數(shù)。
[0028] 圖3是單錐體天線的旋轉(zhuǎn)曲線示意圖。建立S維幾何模型直角坐標(biāo)系，W饋電點定 位坐標(biāo)系原點，如圖3所示0點，W平面體長度方向為X軸，W平面體寬度方向為Y軸，W單錐 體天線高度方向為Z軸；由于單錐體天線實質(zhì)為一個倒立的單錐體，其頂部為一個圓；其底 面與饋電端口同軸線內(nèi)導(dǎo)體相連，也是一個圓；單錐體天線在YOZ平面內(nèi)投影為如圖3所示 BC抓曲線包圍的區(qū)域，其中線段BC表示單錐體頂面圓直徑，A為頂面圓屯、，DE為單錐體底面 圓直徑，0為底面圓屯、;根據(jù)單錐體天線結(jié)構(gòu)形式，單錐體天線在YOZ平面內(nèi)投影曲線中BC與 DE為直線段，抓與CE為指數(shù)變換段。
[0029] 不失一般性，WDB段為例表示，所述旋轉(zhuǎn)曲線方程為
[0030] y = reCz 公式 1
[0031] 其中r為單錐體底面半徑，C為指數(shù)項系數(shù)。由于單錐體沿軸向旋轉(zhuǎn)對稱，公式1也 可W理解為WO為原點的柱坐標(biāo)下的曲面方程，此時，y為單錐體的