電磁兼容寬帶測(cè)量線天線研究

　　隨著電磁兼容測(cè)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(cè)試需求必然加大，然而國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室無(wú)論是建造材料，還是儀器設(shè)備都是從國(guó)外進(jìn)口，價(jià)格昂貴，普及率低，幾個(gè)小時(shí)的檢測(cè)費(fèi)用高達(dá)幾萬(wàn)元，往往只能在產(chǎn)品交付驗(yàn)收時(shí)才能進(jìn)行這樣的測(cè)試，這顯然與電子產(chǎn)品的“設(shè)計(jì)一研制一生產(chǎn)“的全周期電磁兼容驗(yàn)證和控制這一理念是相悖的。針對(duì)以上問(wèn)題，本實(shí)驗(yàn)室試圖在現(xiàn)有屏蔽室、半電波暗室測(cè)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(guò)開(kāi)發(fā)相應(yīng)的信號(hào)處理軟件、研究性能更好的電磁兼容測(cè)試附件，來(lái)研制低成本的配套檢測(cè)手段。電磁兼容測(cè)試附件中，首當(dāng)其沖的就是電磁兼容寬帶測(cè)量天線。電磁兼容測(cè)試頻帶寬，從幾十Hz到幾十GHz，必須采用寬帶的電磁兼容測(cè)量天線才能覆蓋這些頻段。本文主要針對(duì)常用電磁兼容寬帶測(cè)量線天線研究，典型代表有半波振子天線、雙錐天線、對(duì)數(shù)周期天線、圓錐對(duì)數(shù)螺旋天線。針對(duì)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(jì)方法，并給出了典型頻帶的設(shè)計(jì)實(shí)例；結(jié)合電磁仿真軟件的仿真優(yōu)化功能，對(duì)天線參數(shù)進(jìn)行了局部調(diào)整；最后對(duì)研制的初樣天線進(jìn)行性能測(cè)試，并和國(guó)外同類天線進(jìn)行性能比對(duì)，給出了合理性結(jié)論。

　　在科學(xué)發(fā)達(dá)的今天，廣播、電視、通信、導(dǎo)航、雷達(dá)、遙測(cè)測(cè)控及計(jì)算機(jī)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(zhǎng)，電磁波利用的快速擴(kuò)張，產(chǎn)生了不斷增長(zhǎng)的電磁污染，帶來(lái)了嚴(yán)重的電磁干擾。各種電磁能量通過(guò)輻射和傳導(dǎo)的途徑，以電波、電場(chǎng)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(jí)，重則使電子設(shè)備嚴(yán)重?fù)p壞。目前很多國(guó)家和組織都制定了相關(guān)的電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，這些規(guī)范使得EMC已經(jīng)成為電子產(chǎn)品市場(chǎng)準(zhǔn)入的一個(gè)關(guān)鍵因素，只有符合相關(guān)指標(biāo)要求的電子和電氣產(chǎn)品才能進(jìn)入市場(chǎng)，否則即使產(chǎn)品功能再新、再?gòu)?qiáng)，也是徒勞。要判斷某電子產(chǎn)品是否存在電磁兼容性問(wèn)題，就需要依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)該產(chǎn)品進(jìn)行具體的電磁兼容測(cè)試。電磁兼容理論基礎(chǔ)寬、工程實(shí)踐綜合性強(qiáng)、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(jī)分布特征顯著，因此，這就注定了電磁兼容是一個(gè)實(shí)踐性很強(qiáng)的研究領(lǐng)域，正如電磁兼容領(lǐng)域著名學(xué)者美國(guó)肯塔基大學(xué)的C．R．Paul教授所說(shuō)：“對(duì)于最后的成功驗(yàn)證，也許沒(méi)有任何其他領(lǐng)域像電磁兼容那樣強(qiáng)烈地依賴于測(cè)量！在目前電磁兼容測(cè)試中，針對(duì)設(shè)備或分系統(tǒng)級(jí)的電磁兼容測(cè)試與評(píng)價(jià)有著較為完備的電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范體系，不僅規(guī)定了測(cè)試所使用的儀器設(shè)備的具體指標(biāo)要求，同時(shí)還規(guī)范了測(cè)量方案的組成和環(huán)境要求，這是其他標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范中所少見(jiàn)的pJ。一個(gè)完善的、規(guī)范的電磁兼容參數(shù)測(cè)量實(shí)驗(yàn)室通常需要數(shù)百萬(wàn)乃至數(shù)千萬(wàn)元才能建成，幾個(gè)小時(shí)的檢測(cè)費(fèi)用高達(dá)幾萬(wàn)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(cè)試，國(guó)內(nèi)通常只有在設(shè)備交付驗(yàn)收時(shí)才進(jìn)行這樣的測(cè)試。僅僅依靠最終的認(rèn)證測(cè)試是不夠的，會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品研發(fā)陷入“創(chuàng)建一測(cè)量一重新設(shè)計(jì)”的困境，這與電子產(chǎn)品在“設(shè)計(jì)—研制一生產(chǎn)”的全周期電磁兼容驗(yàn)證與控制這一設(shè)計(jì)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(guò)程和交付用戶使用過(guò)程需要大量的檢測(cè)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(duì)電磁兼容設(shè)計(jì)至關(guān)重要。美國(guó)的DSI、WJ公司，Agilent公司，法國(guó)的RMT公司、德國(guó)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(cè)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(cè)附件，研制成功了低成本的檢測(cè)系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)研發(fā)、生產(chǎn)的全過(guò)程控制，并為交付用戶使用階段提供了低成本的檢測(cè)手段。我國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室配備的儀器設(shè)備往往都是從國(guó)外進(jìn)口，價(jià)格昂貴，普及率低，嚴(yán)重制約了電磁兼容設(shè)計(jì)全過(guò)程測(cè)試。因此，研制在產(chǎn)品的研究、生產(chǎn)、交付等中間過(guò)程的配套的相應(yīng)低成本檢測(cè)設(shè)備是很有必要的。電磁兼容是一個(gè)新型的綜合性多學(xué)科交叉的學(xué)科，涉及信號(hào)檢測(cè)、信號(hào)處理、電磁場(chǎng)、微波、儀器儀表等領(lǐng)域，這些領(lǐng)域都離不開(kāi)測(cè)試技術(shù)，尤其是對(duì)場(chǎng)的測(cè)試。因此，研制低成本的檢測(cè)設(shè)備，首當(dāng)其沖的就是電磁兼容測(cè)量天線。國(guó)內(nèi)需求性能較高的電磁兼容測(cè)量天線往往都是從國(guó)外進(jìn)口，這些天線單價(jià)從幾萬(wàn)到幾十萬(wàn)不等，從某種程度上制約了電磁兼容設(shè)計(jì)和制造生產(chǎn)水平。因此，可在充分了解測(cè)試對(duì)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(guò)開(kāi)發(fā)相應(yīng)的信號(hào)處理軟件、研究性能更好的電磁兼容天線等測(cè)試附件，來(lái)研制低成本的配套檢測(cè)手段。本文主要研究電磁兼容寬帶測(cè)量線天線，以期望逐步改觀依賴國(guó)外進(jìn)口的現(xiàn)狀，實(shí)現(xiàn)自主研發(fā)并逐步替換國(guó)外天線來(lái)裝備國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室，具有一定的工程實(shí)用價(jià)值和意義。