電磁兼容寬帶測量線天線研究

　　隨著電磁兼容測試環(huán)節(jié)在產(chǎn)品研發(fā)及生產(chǎn)周期中的重要性日益突出，電磁兼容測試需求必然加大，然而國內(nèi)標準實驗室無論是建造材料，還是儀器設(shè)備都是從國外進口，價格昂貴，普及率低，幾個小時的檢測費用高達幾萬元，往往只能在產(chǎn)品交付驗收時才能進行這樣的測試，這顯然與電子產(chǎn)品的“設(shè)計一研制一生產(chǎn)“的全周期電磁兼容驗證和控制這一理念是相悖的。針對以上問題，本實驗室試圖在現(xiàn)有屏蔽室、半電波暗室測試環(huán)境的基礎(chǔ)上，以頻譜儀為依托，采用虛擬儀器技術(shù)，通過開發(fā)相應(yīng)的信號處理軟件、研究性能更好的電磁兼容測試附件，來研制低成本的配套檢測手段。電磁兼容測試附件中，首當其沖的就是電磁兼容寬帶測量天線。電磁兼容測試頻帶寬，從幾十Hz到幾十GHz，必須采用寬帶的電磁兼容測量天線才能覆蓋這些頻段。本文主要針對常用電磁兼容寬帶測量線天線研究，典型代表有半波振子天線、雙錐天線、對數(shù)周期天線、圓錐對數(shù)螺旋天線。針對每種天線，在分析了其寬帶化技術(shù)原理基礎(chǔ)上，提出了廣義的設(shè)計方法，并給出了典型頻帶的設(shè)計實例；結(jié)合電磁仿真軟件的仿真優(yōu)化功能，對天線參數(shù)進行了局部調(diào)整；最后對研制的初樣天線進行性能測試，并和國外同類天線進行性能比對，給出了合理性結(jié)論。

　　在科學發(fā)達的今天，廣播、電視、通信、導(dǎo)航、雷達、遙測測控及計算機等迅速發(fā)展，尤其是信息、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以爆炸性方式增長，電磁波利用的快速擴張，產(chǎn)生了不斷增長的電磁污染，帶來了嚴重的電磁干擾。各種電磁能量通過輻射和傳導(dǎo)的途徑，以電波、電場和電流的形式，影響著敏感的電子設(shè)備，輕則系統(tǒng)性能降級，重則使電子設(shè)備嚴重損壞。目前很多國家和組織都制定了相關(guān)的電磁兼容標準和規(guī)范，這些規(guī)范使得EMC已經(jīng)成為電子產(chǎn)品市場準入的一個關(guān)鍵因素，只有符合相關(guān)指標要求的電子和電氣產(chǎn)品才能進入市場，否則即使產(chǎn)品功能再新、再強，也是徒勞。要判斷某電子產(chǎn)品是否存在電磁兼容性問題，就需要依據(jù)相關(guān)標準對該產(chǎn)品進行具體的電磁兼容測試。電磁兼容理論基礎(chǔ)寬、工程實踐綜合性強、影響因素眾多，從而導(dǎo)致電磁兼容物理現(xiàn)象復(fù)雜、隨機分布特征顯著，因此，這就注定了電磁兼容是一個實踐性很強的研究領(lǐng)域，正如電磁兼容領(lǐng)域著名學者美國肯塔基大學的C．R．Paul教授所說：“對于最后的成功驗證，也許沒有任何其他領(lǐng)域像電磁兼容那樣強烈地依賴于測量！在目前電磁兼容測試中，針對設(shè)備或分系統(tǒng)級的電磁兼容測試與評價有著較為完備的電磁兼容標準或規(guī)范體系，不僅規(guī)定了測試所使用的儀器設(shè)備的具體指標要求，同時還規(guī)范了測量方案的組成和環(huán)境要求，這是其他標準或規(guī)范中所少見的pJ。一個完善的、規(guī)范的電磁兼容參數(shù)測量實驗室通常需要數(shù)百萬乃至數(shù)千萬元才能建成，幾個小時的檢測費用高達幾萬元，顯然高昂的建設(shè)和使用成本大大限制了電磁兼容性測試，國內(nèi)通常只有在設(shè)備交付驗收時才進行這樣的測試。僅僅依靠最終的認證測試是不夠的，會導(dǎo)致產(chǎn)品研發(fā)陷入“創(chuàng)建一測量一重新設(shè)計”的困境，這與電子產(chǎn)品在“設(shè)計—研制一生產(chǎn)”的全周期電磁兼容驗證與控制這一設(shè)計理念是相悖的。因此，信息技術(shù)設(shè)備研發(fā)、生產(chǎn)等中間過程和交付用戶使用過程需要大量的檢測需求，確保設(shè)備或系統(tǒng)符合規(guī)定的電磁兼容性要求，這對電磁兼容設(shè)計至關(guān)重要。美國的DSI、WJ公司，Agilent公司，法國的RMT公司、德國的R&S公司都研制出了基于虛擬儀器技術(shù)，以頻譜分析儀、矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀等基礎(chǔ)電磁檢測設(shè)備為核心，配套研發(fā)了高性能的輻射和傳導(dǎo)信息檢測附件，研制成功了低成本的檢測系統(tǒng)，從而實現(xiàn)了對研發(fā)、生產(chǎn)的全過程控制，并為交付用戶使用階段提供了低成本的檢測手段。我國的標準實驗室配備的儀器設(shè)備往往都是從國外進口，價格昂貴，普及率低，嚴重制約了電磁兼容設(shè)計全過程測試。因此，研制在產(chǎn)品的研究、生產(chǎn)、交付等中間過程的配套的相應(yīng)低成本檢測設(shè)備是很有必要的。電磁兼容是一個新型的綜合性多學科交叉的學科，涉及信號檢測、信號處理、電磁場、微波、儀器儀表等領(lǐng)域，這些領(lǐng)域都離不開測試技術(shù)，尤其是對場的測試。因此，研制低成本的檢測設(shè)備，首當其沖的就是電磁兼容測量天線。國內(nèi)需求性能較高的電磁兼容測量天線往往都是從國外進口，這些天線單價從幾萬到幾十萬不等，從某種程度上制約了電磁兼容設(shè)計和制造生產(chǎn)水平。因此，可在充分了解測試對象的基礎(chǔ)上，以頻譜接收儀為依托，采用虛擬儀器技術(shù)，通過開發(fā)相應(yīng)的信號處理軟件、研究性能更好的電磁兼容天線等測試附件，來研制低成本的配套檢測手段。本文主要研究電磁兼容寬帶測量線天線，以期望逐步改觀依賴國外進口的現(xiàn)狀，實現(xiàn)自主研發(fā)并逐步替換國外天線來裝備國內(nèi)標準實驗室，具有一定的工程實用價值和意義。