一種狹小艙段內部電磁環境的表征和獲取方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種電磁環境的表征和獲取方法，特別是一種狹小艙段內部電磁環境 的表征和獲取方法，屬于電磁場與微波技術領域。
【背景技術】
[0002] 對于尺寸狹小的艙段結構（例如10cm*10cm*10cm的測試空間），其內部電子設備 安裝密度大，艙壁及設備外殼等金屬結構對電磁波的近場耦合、折反射作用明顯，加之電子 設備不同運行狀態產生的信號樣式、功率大小等不斷變化，從而使狹小艙段內部的電磁環 境非常復雜。
[0003] 艙內電磁環境如何界定和獲取，目前尚沒有明確的標準及相對應的獲取方法和手 段。主要存在如下難點：
[0004] 1.艙段內部電磁環境隨設備工作流程時序、不同位置狀態不斷變化，電磁環境重 點關注的頻段、位置、量值沒有明確界定，艙段內部電磁環境如何去表征需要明確。
[0005] 2.艙段內部空間狹小，可用于測試的空間有限，且小空間使得艙內電磁環境影響 因素增多，目前在測試方法和測試手段上均無標準規范可依，需要明確艙內電磁環境的獲 取方法及相應的小型化測試設備。
【發明內容】
[0006] 本發明的技術解決問題是：克服現有技術的不足，提供了一種狹小艙段內部電磁 環境的表征和獲取方法，實現了對航天器狹小艙段內電磁環境分布情況的準確表征。
[0007] 本發明的技術解決方案是：一種狹小艙段內部電磁環境的表征和獲取方法，包括 以下步驟：
[0008] (1)確定艙段內的電磁環境來源和電磁環境來源參數，進而確定艙段內的電磁環 境；
[0009] (2)根據步驟（1)中確定的艙段內的電磁環境、被測艙段結構尺寸和被測艙段內 部儀器設備的安裝位置，分析每個敏感設備的被測區域空間大小，若某一個敏感設備的被 測區域空間滿足測試條件，則進入步驟（3)，對該敏感設備的電磁環境進行測試；否則，不 對該敏感設備的電磁環境進行測試；
[0010] (3)確定敏感設備測試項目，并選擇不同測試項目對應的傳感器；所述測試項目 包括綜合電場測試、頻域電場測試和傳導電流測試；所述綜合電場測試對應的傳感器為綜 合電場探頭，所述頻域電場測試對應的傳感器為天線，所述傳導電流測試對應的傳感器為 電流探頭；
[0011] (4)根據步驟（3)確定的測試項目和傳感器，構建電磁環境測試系統；
[0012] (5)利用步驟（4)構建的電磁環境測試系統，獲取艙段內電磁環境測試數據；所述 數據包括綜合電場測試數據、頻域電場測試數據和傳導電流測試數據；
[0013] (6)對步驟（5)中獲取的數據進行采集和篩選，獲得不同位置和時間艙內電磁環 境分布情況。
[0014] 所述電磁環境來源包括：
[0015] (1-1)發射天線的有意發射及其旁瓣和背瓣，通過孔縫泄漏進入艙內；
[0016] (1-2)艙內發射機以及電子設備通過傳導或輻射的泄漏；
[0017] (1-3)艙段內部非電類設備由于電離效應產生的瞬態輻射發射，所述非電類設備 包括電爆裝置和火工品；
[0018] (1-4)艙內電纜沖擊電流注入時，通過線-場耦合方式影響艙內電磁環境；
[0019] (1-5)外界電磁信號通過孔縫泄漏進入艙內，所述外部電磁信號包括雷電、靜電、 電磁脈沖和外界跟蹤雷達信號。
[0020] 所述確定電磁環境來源參數，具體為：
[0021] (2-1)發射天線的參數包括：工作時段、工作頻率范圍、發射機功率、天線數量和 天線安裝位置；
[0022] (2-2)艙內發射機以及電子設備的參數包括：頻率、功率、本振、時鐘、頻譜包絡、 脈沖波形上升沿、脈沖波形下降沿、脈沖寬度以及設備在艙段內和艙段上的安裝位置；
[0023] (2-3)非電類設備的參數包括：非電類設備安裝位置和點火瞬態時序；
[0024] (2-4)艙內電纜沖擊電流參數包括：電流峰值、電流波形上升沿、電流波形下降 沿、脈沖寬度和工作時段；
[0025] (2-5)外界電磁信號的參數為預先給定的各外界電磁信號的參數。
[0026] 所述步驟⑵中被測區域空間滿足測試條件，具體為：
[0027] 若對敏感設備的電磁環境進行電場頻域測試，則當天線與敏感設備的距離大于等 于天線工作波長時，該敏感設備的被測區域空間滿足測試條件；
[0028] 若對敏感設備的電磁環境進行綜合電場測試，則當綜合電場傳感器實現對該敏感 設備的接觸測試時，該敏感設備的被測區域空間滿足測試條件；
[0029] 若對敏感設備的電磁環境進行傳導電流測試，則當電流傳感器實現將敏感設備置 于電流傳感器卡環內進行接觸測試時，該敏感設備的被測區域空間滿足測試條件。
[0030] 所述步驟⑷中根據步驟（3)確定的測試項目和傳感器，構建電磁環境測試系統， 具體為：
[0031] 若為綜合電場測試，則其電磁環境測試系統包括綜合電場探頭、電場監視儀和處 理計算機；所述綜合電場探頭用于獲取敏感設備電磁環境中的電場，并將獲取的電場信號 轉化為光信號后輸出給電場監視儀進行采集和處理，所述處理計算機接收電場監視儀輸出 的數據并進行存儲和分析；
[0032] 若為頻域電場測試，則其電磁環境測試系統包括天線、頻譜分析儀/接收機和處 理計算機；所述天線用于接收敏感設備電磁環境中的電場信號，并通過頻譜分析儀/接收 機傳輸給處理計算機進行存儲和處理，將天線的接收功率信號轉換為敏感設備所在位置處 的場強；
[0033] 若為傳導電流測試，則其電磁環境測試系統包括電流探頭、示波器和處理計算機， 所述電流探頭用于獲取傳導電流并輸出給示波器進行顯示，處理計算機接收示波器傳輸的 傳導電流并進行存儲和分析。
[0034] 所述將天線的接收功率信號轉換為敏感設備所在位置處的場強；具體為由公式：
[0035]E(dBuV/m)=P(dBm) +107 (dB)+AF(dB/m)
[0036] 給出，所述E為敏感設備所在位置處的場強，P為天線的接收功率，AF為天線轉換 系數。
[0037] 所述天線轉換系數AF具體為：
[0038] 若天線與敏感設備的距離大于等于天線工作波長的3倍，則天線轉換系數AF由公 式：
[0039] AF(dB/m) = 201og10 (fMHz)-Gr (dB)-29. 79dB
[0040] 給出，其中f為天線工作頻率，為天線增益；
[0041] 若天線與敏感設備的距離大于等于天線工作波長，且小于天線工作波長的3倍， 則天線轉換系數AF的獲取方法為：
[0042] (7-1)根據待求轉換系數的頻率范圍f，在電磁仿真軟件中建立喇叭天線的模型， 所述喇叭天線的工作頻段覆蓋待求轉換系數的頻率范圍f;
[0043] (7-2)根據預先給定的測量天線的結構尺寸參數和電氣性能指標，在電磁仿真軟 件中建立測量天線的模型，所述電氣性能指標包括天線的電壓駐波比和增益，所述測量天 線的結構尺寸參數包括介質基板尺寸、輻射貼片尺寸、饋電探針位置和材料特性；
[0044] (7-3)在電磁仿真軟件中，利用步驟（7-2)中建立的測量天線模型，仿真計算出測 量天線的電壓駐波比和增益，并與步驟（2)中預先給定的天線電壓駐波比和增益比較，若 達到指標要求，則進入步驟（7-4);否則，對測量天線模型的結構尺寸參數進行調整后再進 行仿真計算和比較，直到達到指標要求后進入步驟（7-4);
[0045] (7-4)以步驟（7-1)中的喇叭天線模型作為發射天線，步驟（7-3)中的測量天線模 型作為接收天線，建立收發鏈路模型，所述喇叭天線模型口面與接收天線模型口面之間的 距離為L;
[0046] (7-5)在步驟（7-3)中建立的測量天線模型結構包絡上建立N個電場探針；
[0047] (7-6)設置L=L1 ;
[0048](7-7)設置喇叭天線和測量天線的饋電端口為波導端口，喇叭天線端口饋電功率 為Ριη，求解頻率為f，仿真計算收發鏈路模型；
[0049](7-8)在收發鏈路模型仿真計算完成后，從計算結果中獲取喇叭天線到測量天線 端口的傳輸系數，并進行Round數學求整，記為S21，則測量天線端口接收功率由公式：
[0050] Pout=Pin+S21
[0051] 給出；
[0052](7-9)從計算結果中獲取測量天線結構包絡的N個電場探針的數值，去除N個值中 的最大值和最小值，將剩余N-2個電場值取平均數，并進行Round數學求整，記為Eav;
[0053] (7-10)將步驟⑶中獲得的值設為X軸，步驟（9)中獲得的電場平均值Eav設 為Y軸，在直角坐標系中描出此點；
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