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微波暗室静区性能评测及不确定度分析

刘潇 赵兴 洪力 李昱瑶 班浩

刘潇,赵兴,洪力,等. 微波暗室静区性能评测及不确定度分析[J]. 计量科学与技术,2022, 66(4): 89-94 doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2021.0589
引用本文: 刘潇,赵兴,洪力,等. 微波暗室静区性能评测及不确定度分析[J]. 计量科学与技术,2022, 66(4): 89-94 doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2021.0589
LIU Xiao, ZHAO Xing, HONG Li, LI Yuyao, BAN Hao. The Quiet Zone Performance Evaluation of the Microwave Anechoic Chamber and the Uncertainty Estimation[J]. Metrology Science and Technology, 2022, 66(4): 89-94. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2021.0589
Citation: LIU Xiao, ZHAO Xing, HONG Li, LI Yuyao, BAN Hao. The Quiet Zone Performance Evaluation of the Microwave Anechoic Chamber and the Uncertainty Estimation[J]. Metrology Science and Technology, 2022, 66(4): 89-94. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2021.0589

微波暗室静区性能评测及不确定度分析

doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2021.0589
基金项目: 国家市场监督管理总局能力提升项目(ANL1906);中国计量科学研究院基本科研业务费项目(27-AKYZD2016)
详细信息
    作者简介:

    刘潇(1983-),中国计量科学研究院副研究员,研究方向:天线、场强计量 ,邮箱: liuxiao@nim.ac.cn

The Quiet Zone Performance Evaluation of the Microwave Anechoic Chamber and the Uncertainty Estimation

  • 摘要: 微波暗室广泛用于天线、目标散射特性测量、雷达成像等领域,是微波频段最重要的测试场地之一。微波暗室建设投入较高,其静区性能取决于其内壁铺设的吸波材料特性及其布置,静区指标直接影响使用该暗室测试的设备测量结果准确度。因此如何测量得到准确的微波暗室静区指标是微波暗室验收中必不可少的环节,也是微波暗室环境对测量结果贡献评估的基础。针对微波暗室静区的关键指标——静区反射率电平的测量方法进行研究,针对中大型微波暗室,建立最大行程4 m的基于三维扫描架的静区测量系统,覆盖频率范围1~40 GHz。利用其开展微波暗室静区的测量,给出静区反射率电平的测量结果,并进行了测量系统影响量的全面分析和测量结果不确定度评定。结果表明,以1.1 GHz为例,该系统静区反射率电平在−33 dB的情况下,测量不确定度为1.72 dB(k=2)。
  • 图  1  微波暗室原理图

    Figure  1.  Schematic diagram of anechoic chamber

    图  2  到达暗室静区的直达波信号和反射波信号示意图

    Figure  2.  Schematic diagram of direct wave signal and reflected wave signal arriving in quite zone of chamber

    图  3  三维扫描架的坐标定义

    Figure  3.  Coordinates of the 3D scanning frame

    图  4  静区反射率电平测量系统

    Figure  4.  Quiet zone reflectance level measurement system

    图  5  反射率电平的测量原始数据

    Figure  5.  Measurement raw data of the reflectivity level

    图  6  扫描架移动范围内地面反射的影响

    Figure  6.  Influence of ground reflection in the moving range of the scanning frame

    图  7  天线互耦的影响

    Figure  7.  Effect of mutual coupling between antennas

    表  1  扫描架定位精度测量结果

    Table  1.   Scanning frame positioning accuracy measurement results

    位置
    (mm)
    定位实测值(mm)
    X差值Y差值Z差值
    200199.99−0.01200.210.21199.99−0.01
    400399.98−0.02399.70−0.30399.95−0.05
    600599.99−0.01600.170.17599.92−0.08
    800799.99−0.01799.71−0.29799.92−0.08
    10001000.000.001000.270.27999.93−0.07
    12001199.99−0.011199.78−0.221199.93−0.07
    14001400.000.001400.210.211399.90−0.10
    16001600.030.031599.88−0.121600.000.00
    18001800.070.071800.140.141800.010.01
    20002000.100.101999.92−0.082000.060.06
    22002200.000.002200.110.112200.030.03
    24002400.070.072399.92−0.082400.040.04
    26002600.040.042600.100.102600.050.05
    28002800.040.042799.99−0.012800.040.04
    30003000.040.042999.96−0.043000.030.03
    32003200.070.073199.99−0.013200.020.02
    34003400.090.093400.040.043400.070.07
    36003600.060.063599.98−0.023600.070.07
    38003800.060.063800.030.033800.000.00
    40004000.040.043999.99−0.014000.090.09
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    表  2  静区反射率电平

    Table  2.   Quiet zone reflectivity level

    (a) 1.1 GHz
    行程线方位角(°)反射率电平值(dB)
    水平极化垂直极化
    X1X260−33.4−40.6
    90−32.0−33.6
    120−40.9−33.4
    Z1Z2150−42.5−40.4
    180−46.1−37.4
    210−49.7−44.7
    Y1Y245−40.2−46.9
    −45−15.6−20.8
    (b) 26.5 GHz
    行程线方位角(°)反射率电平值(dB)
    水平极化垂直极化
    X1X260−56.3−56.7
    90−58.1−57.5
    120−63.1−65.5
    Z1Z2150−48.3−52.3
    180−58.9−54.6
    210−52.0−61.3
    Y1Y245−58.6−56.2
    −45−39.0−45.7
    (c) 40 GHz
    行程线方位角(°)反射率电平值(dB)
    水平极化垂直极化
    X1X260−52.3−52.5
    90−60.6−60.5
    120−58.4−68.8
    Z1Z2150−43.9−59.1
    180−51.9−62.3
    210−53.2−68.7
    Y1Y245−46.1−48.4
    −45−47.4−41.2
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    表  3  静区反射率电平不确定度汇总表

    Table  3.   Summary of uncertainty of reflectance level in quiet zone

    不确定度来源或输入量 $ {x_i} $最大允许误差MPE或不确定度U/dB概率分布包含因子k灵敏系数$ {c_i} $影响量$ u\left( {{x_i}} \right) $的标准不确定度/dB
    天线对准$\delta {A_{{U} } }$0.5正态210.25
    扫描架自身反射$\delta {S_{ {R} } }$0.3均匀$ \sqrt 3 $10.17
    移动行程内的地面反射$\delta {R_{{R} } }$0.98均匀$ \sqrt 3 $10.57
    两天线间互耦$\delta {M_{{R} } }$0.43均匀$ \sqrt 3 $10.25
    系统漂移$\delta {S_{ {D} } }$0.1均匀$ \sqrt 3 $10.06
    步长设置$\delta {M_{{S} } }$0.2均匀$ \sqrt 3 $10.12
    接收天线方向图$\delta {R_{{P} } }$0.9正态210.45
    测量重复性$ \delta {C_{{R} } }$0.18正态10.18
    合成标准不确定度${u_{ \rm{c} } }$0.86
    扩展不确定度U1.72
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  • 录用日期:  2022-01-26
  • 网络出版日期:  2022-02-19

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