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电磁兼容宽带测量线天线研究
周泽
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随着电磁兼容测试环节在产品研发及生产周期中的重要性日益突出，电磁兼容测试需求必然加大，然而国内标准实验室无论是建造材料，还是仪器设备都是从国外进口，价格昂贵，普及率低，几个小时的检测费用高达几万元，往往只能在产品交付验收时才能进行这样的测试，这显然与电子产品的“设计一研制一生产“的全周期电磁兼容验证和控制这一理念是相悖的。针对以上问题，本实验室试图在现有屏蔽室、半电波暗室测试环境的基础上，以频谱仪为依托，采用虚拟仪器技术，通过开发相应的信号处理软件、研究性能更好的电磁兼容测试附件，来研制低成本的配套检测手段。电磁兼容测试附件中，首当其冲的就是电磁兼容宽带测量天线。电磁兼容测试频带宽，从几十Hz到几十GHz，必须采用宽带的电磁兼容测量天线才能覆盖这些频段。本文主要针对常用电磁兼容宽带测量线天线研究，典型代表有半波振子天线、双锥天线、对数周期天线、圆锥对数螺旋天线。针对每种天线，在分析了其宽带化技术原理基础上，提出了广义的设计方法，并给出了典型频带的设计实例；结合电磁仿真软件的仿真优化功能，对天线参数进行了局部调整；最后对研制的初样天线进行性能测试，并和国外同类天线进行性能比对，给出了合理性结论。
在科学发达的今天，广播、电视、通信、导航、雷达、遥测测控及计算机等迅速发展，尤其是信息、网络技术以爆炸性方式增长，电磁波利用的快速扩张，产生了不断增长的电磁污染，带来了严重的电磁干扰。各种电磁能量通过辐射和传导的途径，以电波、电场和电流的形式，影响着敏感的电子设备，轻则系统性能降级，重则使电子设备严重损坏。目前很多国家和组织都制定了相关的电磁兼容标准和规范，这些规范使得EMC已经成为电子产品市场准入的一个关键因素，只有符合相关指标要求的电子和电气产品才能进入市场，否则即使产品功能再新、再强，也是徒劳。要判断某电子产品是否存在电磁兼容性问题，就需要依据相关标准对该产品进行具体的电磁兼容测试。电磁兼容理论基础宽、工程实践综合性强、影响因素众多，从而导致电磁兼容物理现象复杂、随机分布特征显著，因此，这就注定了电磁兼容是一个实践性很强的研究领域，正如电磁兼容领域著名学者美国肯塔基大学的C．R．Paul教授所说：“对于最后的成功验证，也许没有任何其他领域像电磁兼容那样强烈地依赖于测量！在目前电磁兼容测试中，针对设备或分系统级的电磁兼容测试与评价有着较为完备的电磁兼容标准或规范体系，不仅规定了测试所使用的仪器设备的具体指标要求，同时还规范了测量方案的组成和环境要求，这是其他标准或规范中所少见的pJ。一个完善的、规范的电磁兼容参数测量实验室通常需要数百万乃至数千万元才能建成，几个小时的检测费用高达几万元，显然高昂的建设和使用成本大大限制了电磁兼容性测试，国内通常只有在设备交付验收时才进行这样的测试。仅仅依靠最终的认证测试是不够的，会导致产品研发陷入“创建一测量一重新设计”的困境，这与电子产品在“设计—研制一生产”的全周期电磁兼容验证与控制这一设计理念是相悖的。因此，信息技术设备研发、生产等中间过程和交付用户使用过程需要大量的检测需求，确保设备或系统符合规定的电磁兼容性要求，这对电磁兼容设计至关重要。美国的DSI、WJ公司，Agilent公司，法国的RMT公司、德国的R&S公司都研制出了基于虚拟仪器技术，以频谱分析仪、矢量网络分析仪等基础电磁检测设备为核心，配套研发了高性能的辐射和传导信息检测附件，研制成功了低成本的检测系统，从而实现了对研发、生产的全过程控制，并为交付用户使用阶段提供了低成本的检测手段。我国的标准实验室配备的仪器设备往往都是从国外进口，价格昂贵，普及率低，严重制约了电磁兼容设计全过程测试。因此，研制在产品的研究、生产、交付等中间过程的配套的相应低成本检测设备是很有必要的。电磁兼容是一个新型的综合性多学科交叉的学科，涉及信号检测、信号处理、电磁场、微波、仪器仪表等领域，这些领域都离不开测试技术，尤其是对场的测试。因此，研制低成本的检测设备，首当其冲的就是电磁兼容测量天线。国内需求性能较高的电磁兼容测量天线往往都是从国外进口，这些天线单价从几万到几十万不等，从某种程度上制约了电磁兼容设计和制造生产水平。因此，可在充分了解测试对象的基础上，以频谱接收仪为依托，采用虚拟仪器技术，通过开发相应的信号处理软件、研究性能更好的电磁兼容天线等测试附件，来研制低成本的配套检测手段。本文主要研究电磁兼容宽带测量线天线，以期望逐步改观依赖国外进口的现状，实现自主研发并逐步替换国外天线来装备国内标准实验室，具有一定的工程实用价值和意义。
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