微波暗室运动平台系统设计.
硕士学位论文
微波暗室运动平台系统设计
DESIGN OF THE MOVING PLATFORM SYSTEM IN MICROWAVE ANECHOIC CHAMBER
贡志锋
哈尔滨工业大学
2011年6月
国内图书分类号:TP271.4 学校代码:10213 国际图书分类号:681.5 密级:公开工学硕士学位论文
微波暗室运动平台系统设计
硕士研究生:贡志锋
导师:曹健副教授
申请学位:工学硕士
学科:机械电子工程
所在单位:机电工程学院
答辩日期:2011年6月
授予学位单位:哈尔滨工业大学
Classified Index: TP271.4
U.D.C: 681.5
Dissertation for the Master Degree in Engineering
DESIGN OF THE MOVING PLATFORM SYSTEM IN MICROWAVE ANECHOIC CHAMBER
Candidate:Gong Zhifeng
Supervisor:Associate Prof. Cao Jian Academic Degree Applied for:Master of Engineering Speciality:Mechatronics Engineering Affiliation:School of Mechatronics Engineering Date of Defence:June, 2011
Degree-Conferring-Institution:Harbin Institute of Technology
摘要
摘要
随着信息战争的不断发展,电子战成为当今战争的重要手段。微波暗室运动平台主要用来模拟空间电子战环境下多种目标的运动轨迹。其具有保密、测试简单、可靠方便、节省成本等诸多优点。本文主要介绍了微波暗室运动平台的机械结构、控制系统、软件及通讯系统的设计,并对系统指标进行了实验检验。
在机械结构方面,设计了静音导轨和橡胶轮的搭配方案有效减小了单车的震动,实现了单车的平稳运行。用同步带传动方式取代依靠车轮在导轨上摩擦运行的传统方式,避免了打滑现象。采用伺服电机驱动,光电编码器实现位置检测的闭环控制方式,取代以往的步进电机驱动,开环控制的方式,避免了远距离上步进电机丢步带来的位置误差。
控制系统采用典型上下位机分布式控制方式。IPC作为上位机完成整个系统的设备管理,负责系统监控和控制。基于DSP的单车控制器接收上位机指令完成指定功能,并将单车状态实时反馈给上位机。充分发挥了IPC的多任务处理能力和DSP 可靠高速控制特性。采用多级安全机制,防止单车运动轨迹超出轨道及两车相撞。
软件设计主要分为上位机控制软件设计和DSP控制软件设计。基于C++语言编制的上位机软件能够实时动态显示整个系统及单车的运行状态,界面友好、功能丰富、操作简单。DSP控制器软件主要负责开关量控制、D/A、A/D、串口通讯、PID控制。通讯方式采用RS422串口通讯协议,光纤传输,即保证了信号的高速可靠,又改善了电磁兼容性。
关键词:微波暗室;伺服电机;同步带;DSP;串口通讯
Abstract
Abstract
With the continuous development of information warfare, electronic warfare become an important aspect of war. The moving platform of microwave anechoic chamber is mainly used to simulate the movement of a variety of electronic warfare target in space environment. It is confidential, reliable, convenient and inexpensive. The mechanical structure, control systems, software and communications system design are introduced in this paper and experiment is carried out to examine the system indicators.
In the mechanical structure, mute rail and rubber wheel are used to reduce the vibration and achieve the smooth running of single unit. Timing belt is used to avoid the skid phenomenon, instead of using traditional ways in which the wheels scroll on the rail depend on friction. To avoid long-distance position error caused by step motion of the stepper motor, servo motor and optical encoder used in this system, which can achieve closed-loop control to replace the stepper motor drive in open-loop control.
The control system adopts typical distributed control method. IPC as the host computer manages all equipment of the system. DSP-based controllers receive the host computer instruction and complete the assigned function, meanwhile feedback the status of single unit to the host computer time to time. The IPC's multi-tasking capabilities and reliable high-speed control features of DSP controller are given full play. Multi-level
security mechanisms are used to prevent the trajectory of single unit beyond rail and collision of two unites.
Software design includes the design of PC control software and DSP control software. The host computer software which is based on C + + language can realize real-time dynamic operation of the system and display single unit status, meanwhile it was user-friendly, feature rich, easy to operate. The design of DSP controller software mainly includes switch control, D / A, A / D, serial communications and PID control. Communication which is based on RS422 serial communication protocol and optical transmission could ensure reliable high-speed signal and improved electromagnetic compatibility.
Key words:Anechoic Chamber,servo motor,belt drive,DSP,serial communication
目录
目录
摘要......................................................................................................................I Abstract.................................................................................................................II 第1章绪论.. (1
1.1 课题背景及研究的目的和意义 (1
1.2 微波暗室简介 (1
1.3 微波暗室运动平台发展现状 (2
1.4 微波暗室运动平台系统应用 (3
1.5 课题研究的主要内容 (4
第2章微波暗室运动平台机械结构设计 (5
2.1 引言 (5
2.2 主要技术指标 (5
2.3 机械结构设计 (6
2.3.1 总体结构介绍 (6
2.3.2 单车系统设计 (7
2.3.3 车体系统 (11
2.3.4 轨道 (12
2.3.5 运动小车的限位防撞措施 (13 2.3.6 通讯托线系统 (14
2.3.7 负载 (15
2.3.8 位置传感器和初始位置校验 (16 2.3.9 电磁兼容性设计 (17
2.4 系统误差分析 (18
2.5 本章小结 (18
第3章单车DSP控制器设计 (19
3.1 引言 (19
3.2 单车DSP控制器性能要求 (19 3.3 系统方案设计 (20
3.3.1 单车控制系统DSP芯片选取 (20
3.3.2 单车DSP控制器功能设计 (21 3.4 硬件电路设计 (21
3.4.1 电源电路设计 (21
目录
3.4.2 时钟电路 (26
3.4.3 外扩RAM电路 (26
3.4.4 模数转换电路 (27
3.4.5 精准参考电源电路 (29
3.4.6 数模转换电路 (29
3.4.7 串口通讯电路 (30
3.4.8 现场总线设计 (31
3.4.9 时序I/O接口设计 (32
3.4.10 外扩总线 (33
3.4.11 仿真接口设计 (33
3.5 控制器印制电路板设计 (34
3.6 本章小结 (35
第4章软件及控制算法 (36
4.1 引言 (36
4.2 软件设计 (36
4.2.1 软件设计方案概述 (36
4.2.2 上位机软件设计 (37
4.2.3 单车DSP控制器软件 (38
4.2.4 通讯设计 (40
4.3 微波暗室运动平台单车控制算法 (42
4.3.1 积分分离PID控制算法 (42
4.3.2 控制系统建模与仿真 (43
4.3.3 控制系统稳定性分析 (45
4.4 本章小结 (48
第5章微波暗室运动平台实验研究 (49
5.1 引言 (49
5.2 微波暗室运动平台的系统组成 (49
5.2.1 系统硬件 (49
5.2.2 控制系统测试软件设计 (50
5.3 试验中遇到的问题 (52
5.4 微波暗室运动平台系统实验研究与结果分析 (52 5.5 本章小结 (55
结论 (57
目录
参考文献 (58
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果 (61
哈尔滨工业大学学位论文原创性声明及使用授权说明 (62
致谢 (63
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
第1章绪论
1.1 课题背景及研究的目的和意义
电子战是现代高科技战争中一种攻防兼备的重要作战手段。虽然电子战的发展不到百年时间,但是其作战效能却在战争中得到充分体现。纵观最近几十年的局部战争,从海湾战争、伊拉克战争、阿富汗战争到最近的利比亚战争,无一不充分体现了电子战的巨大威力。电子战无疑已经成为当代军事科技的重中之重。因此,研发高性能电子设备,打赢未来高科技环境下的信息化战争,已经成为我国军事发展的重要目标。微波暗室是电子战实验研究及理论验证的重要科技手段,目前主要发达国家都已经建立了数量庞大的先进微波暗室。当前国内外电子战电磁环境实验室中多采用固定式天线辐射源模拟空间运动多目标,少数发达国家采用天线阵列,但是生成目标有限,扩展频率困能,难以满足现代战争中多目标立体战模拟的需要[1]。因此,研制一种能够实时控制辐射源运动速度及位置的高精度,多目标控制系统成为模拟电子战一种重要方向。
1.2 微波暗室简介
微波暗室在国外被称为无回波室或无反射室(Anechoic Chamber,是一种借助室内高性能吸波材料吸收电磁波,并对结构进行合理设计以最大程度减小微波反射为目的的专门实验室。微波暗室通常是一个钢板焊接成的封闭空间,进出口采用钢板焊接的屏蔽门,这样可以有效屏蔽外部电磁干扰。同时暗室所有内部表面粘附阻燃吸波材料,通过将接收到的电磁波转换为热能耗散掉。
微波暗室结构如图1-1
所示。
外墙屏蔽层
吸波材料
待测设备目标辐射源监控室
屏蔽门
配电室
图1-1微波暗室
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
微波暗室主要用来产生一个相对纯净的电磁环境,其具有工作频带宽、信号电平稳定、电磁干扰小等一系列优点。同时微波暗室通常在室内建造,易于保密,是一个全天候实验室,实验不受气候条件的限制。可以通过仪器设备模拟远场和近场背景环境,然后通过调整不同位置辐射源天线参数模拟导弹、飞机、舰艇等各种目标的运动形式,以此达到测量通讯设备天线参数、雷达性能的目标[2]。
1.3 微波暗室运动平台发展现状
国内微波暗室运动平台的研究主要有电子科技大学及四川工业学院。电子科技大学微波暗室运动平台单车机械结构采用不等径轮设计方案,依靠小车车轮和轨道的摩擦驱动小车运动,电力及通讯电缆采用其自行设计的收缆设备支撑。控制方式为上下位机控制方式,通过上位机控制PLC ,然后PLC 再控制伺服电机运动,最后驱动单车运动。通讯方式采用RS485通讯协议,使用屏蔽双绞线传输控制信号。
不等径轮结构如图1-2所示,外侧导轨车轮直径D 外与内侧导轨直径D 内成比例关系,D 外/D 内=R 外/R 内这样可以保证单车在转过一定角度时,两个轮子
的转角相同。同时为保证任何时刻四个轮子的运动相对于回转中心运动角度相同,每个轮子必须与轨道相切,并且内外轨道车轮轴线与回转中心的夹角θ要保持一致。外侧轨道
D 外
D 内
R 外R 内
θ
图1-2不等径轮
四川工业学院微波暗室运动平台的单台小车同样采用不等径轮的设计方案,但驱动方式采用步进电机,供电方式为蓄电池单独供电。通讯方式为红外线传输,其优点是省去了拖线设备[3,4]。在位置检测方面两者均采用光电编码器
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
作为检测转角的传感器。其主要原因是考虑到长距离(一般在10m以上位置检测采用光栅尺测量不仅成本高昂,而且无法保证较小的安装误差。本设计采用同步带啮合传动,可以有效消除小车车轮与轨道打滑产生的位置误差,依靠伺服电机提供
动力,增量式光电编码器提供位置检测功能。采用托线方式支撑电力及通讯电缆,保证工作时自由收放。
1.4微波暗室运动平台系统应用
在电子战的模拟过程中,发射天线用以模拟来袭的导弹、飞机、舰艇等目标,接收天线(待测天线模拟己方雷达。如图1-3所示,在目标模拟一侧,目标控制计算机控制运动平台运动,运动平台承载移动通讯发射机及发射天线在不同的位置运动,移动通讯发射机通过射频电缆控制发射天线的发射频率从而模拟来袭目标的方位、远近、大小及速度等信息[5]。在己方待测雷达一侧,天线测试控制计算机控制转台运动,从而控制接收天线寻找目标,并通过射频电缆将信号反馈给频谱仪,最后通过计算机分析,来确定目标的种类、位置、速度等信息。
图1-3微波暗室测试系统原理图
在实际的电子战过程中,导弹、飞机及舰艇都为运动目标,并且处在不同的方位及高度。如果采用固定目标辐射天线,无法模拟目标在空间的方位信息。而微波暗
室运动平台正好弥补了这一缺陷,运动平台的设计就成为暗室测试系统设计的关键一环。本微波暗室运动平台设计3条运行轨道,17.2m半径圆弧轨道安装在暗室第三层环形平台上,轨道上设置有4台运动小车;40.2m半径圆弧轨道安装在阵列维护平台上,轨道上设置1台运动小车;28m直线轨道安
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
装在阵列正前方,距离转台回转中心32.5m的一层暗室地面上,轨道上设置1台运动小车。转台安装在第一条半径圆弧轨道中央,其上加装被测天线,如图1-4所示。这样即可以保证全方位的目标模拟,又能够实现空间高度上的模拟,真正实现了空间立体多目标模拟。
图1-4运动平台总体布局
1.5课题研究的主要内容
课题的主要任务是完成微波暗室运动平台系统的机械结构设计,单车DSP 控制器设计,控制电路设计,软件编制及调试。最后测试相关性能指标是否满足设计要求。论文的主要工作如下:
1.根据微波暗室运动平台系统的技术指标要求,分析计算单车的功率、速度、加速度等指标,然后选择合适的驱动设备。设计运动平台的机械结构,包括单车车体、轨道系统、限位防撞装置、供电及通讯托线装置等。
2.确定单车控制器功能,选择合适的DSP控制芯片及外围电路芯片,绘制电气原理图。在充分考虑电磁兼容性的基础上进行PCB印制电路板设计。
3.开发上位机中央控制器软件及DSP控制器内部程序,根据系统功能完成通讯协议的制定。建立单车控制系统数学模型,采用积分分离PID控制算法进行仿真研究。
4.根据相关设备使用手册绘制电气原理图,确定各元件的连接关系。生产加工装配相关设备,完成轨道的铺设,单台小车车体的装配及电路的连接,进行实验调试。进行各种测试,检验各项性能指标,验证是否满足初期的设计要求。如果不满足设计方案要求,提出改进方案,进行改进,最后得出相关结论。
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
第2章微波暗室运动平台机械结构设计
2.1引言
微波暗室运动平台系统是微波暗室当中模拟动态多目标运动的主要设备,由目前发表的论文来看,还没有成熟技术可以完全满足模拟电子战环境应用的运动平台。本文在总结以往微波暗室运动平台设计案例基础上,通过对比多种方案,提出了通过同步带传动的新方法。这种方法可以有效避免采用轮轨传动产生的打滑现象。同时采用交流伺服电机作为动力装置,光电编码器实现位置检测。本章主要介绍运
动平台的系统指标、轨道结构、单车结构、限位防撞结构及其他结构部分的设计工作。
2.2主要技术指标
微波暗室运动平台具体技术指标如下:
1 最大运动速度:1.5m/s;
2 最小运动速度:0.01m/s;
3 最大加速度:1m/s2;
4 定位精度:±20mm;
5 稳态速度误差:
1在10~75mm/s的范围内为:±10mm/s。
2在75~300mm/s的范围内为:速度×3%±9mm/s。
3大于300mm/s的为:速度×5%±9mm/s。
6 最大载重:100kg;
7 单车总重:200kg;
8 轨道形状:
1第一条轨道,形状:圆弧;运动范围:±123°;轨道半径:R=17.2m;
运动小车数量:4台;每辆小车的最大运动范围:61.6°;小车运动没
有重叠。
2第二条轨道,形状:直线;运动范围:28m;运动小车数量:1台。
3第三条轨道,形状:圆弧;运动范围:38.5°;轨道半径:R=40.2m;
运动小车数量:1台。
9 通讯接口:RS-422;
10 供电方式:单相220V/50Hz电源。
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
2.3 机械结构设计
2.3.1 总体结构介绍
在微波暗室当中,运动小车从结构上分为三种类型(见图2-1:17.2m 半径圆弧轨道、40.2m 半径圆弧轨道和28m 直线轨道。17.2m 半径圆弧轨道安装在暗室第三层环形平台上,轨道上设置有4台运动小车;40.2m 半径圆弧轨道安装在阵列维护平台上,轨道上设置1台运动小车;28m 直线轨道安装在阵列正前方,距离转台回转中心32.5m 的一层暗室地面上,轨道上设置1台运动小车。 3号车
4号车
2号车1号车雷达
辐射源辐射源
辐射源
123°123°5号车辐射源
6号车辐射源17.2m 半径
弧形轨道
28m 直线轨道40.2m 半径
弧形轨道
限位开关
限位开关限位开关
限位开关限位开关
限位开关限位开关限位开关
限位开关
辐射源
图2-1 轨道布局
每条轨道两端安装光电传感器作为限位开关。第一条轨道4台小车两侧安装光电传感器,用来防止两车相撞,第二、三条轨道只有一台小车运行,不考
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
虑相互碰撞问题,同时每台小车中部安装光电传感器用于寻找零位。每台小车由伺服电机驱动,通过RS422通讯方式由总控室实现各小车的远程运动控制,小车上安装有信号源和辐射源喇叭,可以用来实现复杂电磁背景环境下的目标运动和定位功能[6]。
2.3.2 单车系统设计
2.3.2.1 小车运动阻力计算
1 小车在平稳运动速度为V 时的阻力经验公式[7]:
2A B C F v v =++阻 (2-1
式中 A ,B ,C ——阻力系数,最大值分别为0.0005,0.002,1.2;
F 阻——平稳运动阻力(N ;
V ——运动速度(km/h 。由式(2-1计算得F =3(N ;
2 小车在弯道上的阻力公式:
600F R =弯 (2-2 式中 F 弯——弯道阻力(N ;
R ——曲线半径(m
。由式(2-2得 6006007017.0517.55
F =+≈弯阻(N ; 3 运动小车产生1a =m/s 2加速度所需的力2001200a F M a
=×=×=(N ; 4 假定托线阻力为100F =托(N ;
5 由于加工误差引起的阻力估计50F =误差(N ;
6 小车的最大阻力公式:
a F F F F F F =++++阻托弯阻误差 (2-3
由式(2-3计算得,小车的最大阻力为423F =(N 。 2.3.2.2 同步带选取
同步带平行于轨道平面,沿着17.3m 的半径轨道做弯曲(其他两条导轨采用相同铺设方式。
由功率计算公式:
P F v =× (2-4 式中 F ——小车运动需要克服的阻力(N ;
V ——小车运动最大速度(m/s 。
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
由式(2-4得 423 1.50.634P =×=(kW 。
设计功率公式:
d A P K P =× (2-5
式中 P ——传递的功率(kW ; A K ——载荷修正系数,查表载荷修正系数A K =1.5。
由公式(2-5计算得,设计功率d P =1.5×0.634=0.95(kW 。
同步带承受的最大拉力为T F ==423(N 。
根据同步带传递功率选择XH 型同步带。
同步带轮的选择:XH 型带轮的最少齿数为22,选取齿数Z =22,节径155.6mm d =。带轮的最大转速:
060000v n z p
×=× (2-6 式中 z ——同步带轮齿数; p ——同步带节距(mm 。
由式(2-6得 0 1.560000==18402222.225
n ××(r/min 。传动带的额定功率:
01000
a T v P ×= (2-7 式中 a T ——同步带许用拉力(N。
由式(2-7得 04048.9 1.561000
P ×=
=(kW 。传动带带宽选取: 00
1.14d s s L Z P b b K K P =××× (2-8 式中 0s b ——同步带基准带宽(kW ;
L K ——同步带长度系数;
z K ——同步带与带轮啮合齿数系数。
由式(2-8得 0.95101.6 1.14 1.10.26
s b =×××=76(mm 。根据同步带基准带宽,选取76.2mm s b =。
同步带根据所提供力参数需要选用XH 型同步带,能够满足使用要求。同步带的具体尺寸见图2-2。
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
图2-2 XH 型同步带
2.3.2.3 步带弯曲的可行性讨论
三条轨道第一条轨道半径最小,同步带弯曲最大,因此仅需计算验证第一条轨道同步带弯曲特性。第一条轨道半径为17300mm ,以同步带中心对称线为中性线。同步带中性线长度
248 3.14180S R °=
××°
(2-9 式中 S ——同步带中性线长度(mm ; R ——同步带中性线半径,17300R
=(mm 。
数值代入公式(2-9得 248 3.141730074348.6180S °=××=°(mm 。同步带内外两侧的的变化量
248 3.14180S R °Δ=××Δ°
(2-10 式中S Δ——同步带内外侧的延伸量(mm ;
R Δ——内外侧半径和中性线的半径差,=38.12
s R b Δ=(mm 。
将数值代入公式(2-10得到248 3.1438.1164.8180S °Δ=××=°
(mm 。形变量
100%S S
γΔ=× (2-11 代入数值得到 164.8100%0.222%74348.6
微波暗室运动平台系统设计.
硕士学位论文 微波暗室运动平台系统设计 DESIGN OF THE MOVING PLATFORM SYSTEM IN MICROWAVE ANECHOIC CHAMBER 贡志锋 哈尔滨工业大学 2011年6月 国内图书分类号:TP271.4 学校代码:10213 国际图书分类号:681.5 密级:公开工学硕士学位论文 微波暗室运动平台系统设计 硕士研究生:贡志锋 导师:曹健副教授 申请学位:工学硕士 学科:机械电子工程 所在单位:机电工程学院 答辩日期:2011年6月 授予学位单位:哈尔滨工业大学 Classified Index: TP271.4 U.D.C: 681.5
Dissertation for the Master Degree in Engineering DESIGN OF THE MOVING PLATFORM SYSTEM IN MICROWAVE ANECHOIC CHAMBER Candidate:Gong Zhifeng Supervisor:Associate Prof. Cao Jian Academic Degree Applied for:Master of Engineering Speciality:Mechatronics Engineering Affiliation:School of Mechatronics Engineering Date of Defence:June, 2011 Degree-Conferring-Institution:Harbin Institute of Technology 摘要 摘要 随着信息战争的不断发展,电子战成为当今战争的重要手段。微波暗室运动平台主要用来模拟空间电子战环境下多种目标的运动轨迹。其具有保密、测试简单、可靠方便、节省成本等诸多优点。本文主要介绍了微波暗室运动平台的机械结构、控制系统、软件及通讯系统的设计,并对系统指标进行了实验检验。 在机械结构方面,设计了静音导轨和橡胶轮的搭配方案有效减小了单车的震动,实现了单车的平稳运行。用同步带传动方式取代依靠车轮在导轨上摩擦运行的传统方式,避免了打滑现象。采用伺服电机驱动,光电编码器实现位置检测的闭环控制方式,取代以往的步进电机驱动,开环控制的方式,避免了远距离上步进电机丢步带来的位置误差。 控制系统采用典型上下位机分布式控制方式。IPC作为上位机完成整个系统的设备管理,负责系统监控和控制。基于DSP的单车控制器接收上位机指令完成指定功能,并将单车状态实时反馈给上位机。充分发挥了IPC的多任务处理能力和DSP 可靠高速控制特性。采用多级安全机制,防止单车运动轨迹超出轨道及两车相撞。
天线微波暗室设计方案样本
第一部分: 天线微波暗室设计方案书 一、范围 1、主题内容 微波暗室性能和屏蔽性能总体方案设计书重点是根据微波暗室技术要求, 论证了微波暗室吸波材料的选择、微波暗室性能、暗室屏蔽材料的选用, 暗室屏蔽的关键件: 门、通风窗、电源滤波器、屏蔽接地等主要问题, 并确定最佳方案, 以保证微波暗室屏蔽性能、暗室性能达到贵所提出的性能指标。 2、适用范围 本设计书适用于微波暗室建设工程, 待中标后作为设计依据。 二、引用文件 1. GJBz20219-94中华人民共和国国家军用使用标准 《军用电磁屏蔽室通用技术要求和检验方法》 2.微波暗室技术要求 三、微波暗室设计 微波暗室, 就是从几何上比较对称, 建筑空间满足一定要求的房屋中安装吸波材料, 使室的各内壁、天棚、地板对于所接收到的电磁波反射甚微, 从而较好的模拟自由空间环境, 进行室内天线测试的场所。 1、技术要求 1.1屏蔽效能( 包括所有屏蔽间) 1GHz～20GHz ≥100dB 20GHz～40GHz ≥80dB 1.2暗室性能( 屏蔽暗室) 工作频率范围: 400MHz～40GHz 反射电平: -38dB～-50d B
静区的范围: ?1.2m×1.2m ( 中心位于暗室长轴中轴线,转台上方) 场不均匀性: 横向≤±0.3 dB 纵向≤±2 dB 交叉极化率: －25 dB 2、设计微波暗室的基本思路 随着天线技术的发展, 天线测试技术也随着发展。就天线方向图测试方法来说, 以往人们熟知的方法是室外场地远场测试。但由于微波吸收材料技术和计算机的飞跃发展, 以及其它学科, 如全息照相技术的成熟, 方向图测试技术从室外场地测试发展到相互竞争又相互补充的多种测试方法。由以往的室外测试逐渐转为室内测试为主, 室外测试为辅。近年来大量微波暗室建成使用, 就是鲜明的标志。国内已建成微波暗室80多个, 有些正在筹建中, 而国外建成的微波暗室超过400多个。 3、微波暗室尺寸确定准则 微波暗室的几何尺寸和微波暗室的性能与里面的实验产品类型有关。应用最广泛的微波暗室为矩形室, 因矩形室的结构外形比较简单、通用性强。一般资料中, 设计矩形微波暗室的长度和宽度是按下列原则进行设计的。 3.1 微波暗室长度的确定 一般确定任一暗室的长度的基本因素是被检测的天线( 目标) 的尺寸和它所测的最高频率。一般确定任一暗室的长度的基本因素是被检测的天线( 目标) 的尺寸和它所测的最高频率。这两个因素确定了平面波照射的远场条件。待测天线和波源天线之间的距离由下式给出: R≥ 2 2D
喇叭天线的设计方案
微波技术与天线课程设计—— 角锥喇叭天线 姓名：吴爽 学号：1206030201
目录 一．角锥喇叭天线基础知识 (3) 1. 口径场 (3) 2. 辐射场 (4) 3.最佳角锥喇叭 (7) 4. 最佳角锥喇叭远场E 面和H面的主瓣宽度 (7) 二．角锥喇叭设计实例 (7) 1. 工作频率 (8) 2.选用作为激励喇叭的波导 (8) 3.确定喇叭的最佳尺寸 (8) 4.喇叭与波导的尺寸配合 (9) 5.天线的增益 (11) 6.方向图 (11)
一．角锥喇叭天线基础知识 角锥喇叭是对馈电的矩形波导在宽边和窄边均按一定张角张开而形成的，如下图所示。矩形波导尺寸为a×b，喇叭口径尺寸为D H×D E，其E面(yz 面)虚顶点到口径中点的距离为R ，H 面(xz 面)内虚顶点到口径中点的距离为R E,H 面(xz 面)内虚顶点到口径中点的距离为R H。 1.口径场 角锥喇叭内的电磁场，目前还未有严格的解析解结果，原因在于，角锥喇叭在x和y两个方向随喇叭的长度方向均是渐变而逐渐扩展的，因而要在一个正交坐标系下求得角锥喇叭内的场的严格解析解是困难的。通常近似地认为，矩形角锥喇叭中
的电磁场具有球面波特性，而且假设角锥喇叭口径面上的相位分布沿x 和 y 两个方向均为平方律变化。 按此假设，可写出角锥喇叭的口径场为： η πβy X R y R x j H y E H e D x E E E H - ==+-) 2(022 )cos( （1.1） 如果是尖顶角锥喇叭，则 R H ＝ R E ，可用作标准增益喇叭。若是楔形喇叭，则R H ≠R E 。由此口径面场分布计算的远场与实测的结果吻合的很好，说明了假设的口径场分析模型的正确性。 2. 辐射场 由角锥喇叭的口径场分布，仿照前面求 E 面和 H 面扇形喇叭远区辐射场的步骤，就可以求出角锥喇叭的远区辐射场表达式。由于计算过程较繁，这里直接给出结果。 ] )cos 1([cos 2] )cos 1([sin 200H E r j H E r j I I r e E j E I I r e E j E θ?λθ?λβ?βθ+=+=-- （2.1） 其中：
吸波材料与微波暗室问题的数学建模
2011年全国研究生数学建模竞赛B 题 吸波材料与微波暗室问题的数学建模 新型隐身歼击机歼-20最近试飞成功，标志着我国在隐身技术领域取得了重大进展。所谓飞机隐身，是指在飞机有关部位涂覆或粘贴吸波材料，合理设计飞机外形与布局等使敌方探测系统（如无线电雷达，红外雷达，激光雷达等）只接收到大大减弱后的飞机反射信号，从而降低被发现或跟踪的可能。 隐身技术的基础研究包括探索不同频段上吸波的机理，研制高效吸波的特殊材料，将吸波材料设计成合理的形状使之发挥最大效能等，其成果不仅可以应用到飞机舰船坦克等军用装备，也可以应用到其他科技领域。例如，许多以电磁波，光波或声波的传播为信息载体的仪器设备，都需要功能与性能的测试，甚至还要对其工作过程进行尽可能真实的仿真。早期这类测试常选择在无电磁干扰的偏僻空旷山区进行。在近代各种干扰已无法全部避免，所以近三十多年来这样的测试与仿真（例如本题将要研究的导弹制导系统的仿真），放置在被称为“无回波暗室”的实验室中进行。 无回波暗室能够屏蔽外界干扰信号，通过内墙（包 括地面与天顶面）敷设的吸波体，吸收各类反射信号，使室内反射大为减弱，被测设备接收到的“似乎”只 有测试信号源发出的实验所需信号。这样，它为测试 设备提供了一个几乎没有反射信号的“自由空间”。 图 1给出了二维示意。 由物理学知道，除了真空，没有一种介质对于各 频段的电磁辐射波（甚至包括声波）的传播是绝对透 明的，波从一种介质辐射到另一种介质时，都将发生 不同程度的反射、折射乃至散射，一部分波的能量被 图1 无回波暗室工作示意图 吸收转化为介质的内能。定义反射率为反射波功率r P 与入射波功率i P 之比：/r i P P ρ=，显然1ρ<。 吸波材料一般制成平板形状和特殊形状两大类基本形状。平板形状吸波体的主要性能指标是电磁波从空间向材料表面垂直入射（入射角0i θ=）时的反射率ρ，其值越小，吸波性能越高。当入射角0i θ≠时称为斜入射，斜入射时将出现反射、折射情况，此时反射率的理论计算较复杂，与入射角、两种介质的电参数和波的极化方向等多种因素有关，本题将反射率简化为满足余弦法则，即()cos ραρα=，其中α为入射角大小，其中ρ为垂直入射反射率。 为了提高无回波暗室的吸波性能，一般使用锥体（正四棱锥或正圆锥体等）或尖劈形状的吸波体，大量锥体或尖劈有规律地排列组成的整体粘贴在墙上构成吸波体。采用这些形状的主要理由是它们能使得辐射波在尖形的几何空缺间形成多次反射和透射-反射，降低反射出去的能量，实现高效率吸波。 图2示意了一条想象中的辐射线（实际上是在一个微小立体角内辐射）射入尖劈吸波体后，
弱电系统设计方案
弱电系统方案 一．监控系统 1、系统应用概述 视频监控系统是安全防范技术体系中的一个重要组成部分,是一种先进的、防范能力极强的综合系统，它可以通过嵌入式硬盘录像机及辅助设备（云台、镜头等）直接观看被监视场所的情况，一目了然；同时它可以把监视场所的图像和声音全部或部分记录下来，这样就为日后对某些事件的处理提供了方便条件及重要依据。 2、项目需求 射频仿真实验室监控系统是将各摄像机的图像接入本地录像设备（即网络硬盘录像机），通过网络硬盘录像机将视频图像传送到显示设备，同时将视频图像存储在硬盘中。通过网络硬盘录像机，可控制各摄像机，查看射频仿真实验室内部情况，并可随时查看已储存的录像。 系统主要实现功能如下： 1) 图像摄取功能 图象质量好、画面质量清晰逼真 对重要部位进行实时远程监控录像 可进行多画面分割和单画面显示。 可对整个场所进行全方位视频监控。 2) 录像功能 单路和多路图像信号同步录入，本地能保持将近15天的录像时间。 录像方式可手动录像（人工操作录像）；也可以全天候录像（一天24小时不间断的录像）。 录像的存储介质是硬盘，所有资料都存储在硬盘中，当硬盘存满时，系统会自动覆盖之前的录像，以最新的代替最老的。 3) 显示功能 本地通过网络硬盘录像机将图像送至显示器,通过操作网络硬盘录像机，显示器可多画面分割。可显示单独摄像机画面，也可显示多画面图像。 4) 图像检索功能 对录像能方便检索回放；可指定某个时间段任意回放。 录像存储在硬盘录像机的硬盘里，用户可以在任意时间调查录像，可以选择
任意一个通道、任意一个时间段的录像，再进行回放查看，如果录像存在疑问，还可以通过USB设备将录像直接拷贝下来。 3、系统配置 1）前端配置 根据射频仿真实验室实际使用需求，微波暗室内共设置5套摄像机。 暗室内部配置3套网络高清高速智能球机，位置：转台上方1套、转台侧上方1套、球面屏一侧上方顶角处1套，监控暗示内部情况。第三层维护平台配置1套网络高清半球摄像机，监控平台上设备情况。射频源屏蔽室配置1套网络高清半球摄像机，监控射频源屏蔽室情况。 摄像机均采用网络高清摄像机，不低于200w像素。 2）图像传输 图像传输系统包括视频信号和控制信号的传输。本系统均采用网络高清摄像机，视频及控制信号均可通过网线传送。在通过屏蔽室屏蔽层时配置网络光纤收发器，采用光纤传输过壁。 3）终端显示 显示与记录设备安装在二楼仿真实验室总控室内,主要有监视器、硬盘录像机和一些视频处理设备。操作人员在控制间内可通过操作硬盘录像机实现控制摄像机转动，切换画面，查看录像等功能。 硬盘录像机配置3T容量硬盘，能存储1个月时间的监控录像。监控录像存储时间与摄像机及硬盘配置有关，1080P即200万网络摄像机的码流一般为4.5Mbit/s 经过计算，每个200万网络摄像机1天约占用48G硬盘空间。按平均每天录像8小时计，暗室监控系统保持1月录像时间需配备3T硬盘。 计算方法: (1)计算单个通道每小时所需的存储容量q,单位Mbyte。 q=d÷8×3600÷1024 其中d是码率(即录像设置中的“位率/位率上限”),单位Kbit/s (2)确定录像时间要求后单个通道所需的存储容量m,单位Mbyte m=q×h×D 其中h是每天录像时间(小时) D是需要保存录像的天数 4）监控点分布及选型：
(整理)天线微波暗室设计方案.
第一部分：天线微波暗室设计方案书 一、范围 1、主题内容 微波暗室性能和屏蔽性能总体方案设计书重点是根据微波暗室技术要求，论证了微波暗室吸波材料的选择、微波暗室性能、暗室屏蔽材料的选用，暗室屏蔽的关键件：门、通风窗、电源滤波器、屏蔽接地等主要问题，并确定最佳方案，以保证微波暗室屏蔽性能、暗室性能达到贵所提出的性能指标。 2、适用范围 本设计书适用于微波暗室建设工程，待中标后作为设计依据。 二、引用文件 1. GJBz20219-94中华人民共和国国家军用使用标准 《军用电磁屏蔽室通用技术要求和检验方法》 2.微波暗室技术要求 三、微波暗室设计 微波暗室，就是从几何上比较对称，建筑空间满足一定要求的房屋中安装吸波材料，使室的各内壁、天棚、地板对于所接收到的电磁波反射甚微，从而较好的模拟自由空间环境，进行室内天线测试的场所。 1、技术要求 1.1屏蔽效能（包括所有屏蔽间） 1GHz～20GHz ≥100dB 20GHz～40GHz ≥80dB 1.2暗室性能（屏蔽暗室）
工作频率范围: 400MHz～40GHz 反射电平: -38dB～-50d B 静区的范围: ?1.2m×1.2m （中心位于暗室长轴中轴线,转台上方） 场不均匀性: 横向≤±0.3 dB 纵向≤±2 dB 交叉极化率：－25 dB 2、设计微波暗室的基本思路 随着天线技术的发展，天线测试技术也随着发展。就天线方向图测试方法来说，以往人们熟知的方法是室外场地远场测试。但由于微波吸收材料技术和计算机的飞跃发展，以及其他学科，如全息照相技术的成熟，方向图测试技术从室外场地测试发展到相互竞争又相互补充的多种测试方法。由以往的室外测试逐渐转为室内测试为主，室外测试为辅。近年来大量微波暗室建成使用，就是鲜明的标志。国内已建成微波暗室80多个，有些正在筹建中，而国外建成的微波暗室超过400多个。 3、微波暗室尺寸确定准则 微波暗室的几何尺寸和微波暗室的性能与里面的实验产品类型有关。应用最广泛的微波暗室为矩形室，因矩形室的结构外形比较简单、通用性强。一般资料中，设计矩形微波暗室的长度和宽度是按下列原则进行设计的。 3.1 微波暗室长度的确定
天线微波暗室项目设计方案
天线微波暗室项目设计方案 第一部分：天线微波暗室设计方案书 一、范围 1、主题内容 微波暗室性能和屏蔽性能总体方案设计书重点是根据微波暗室技术要求，论证了微波暗室吸波材料的选择、微波暗室性能、暗室屏蔽材料的选用，暗室屏蔽的关键件：门、通风窗、电源滤波器、屏蔽接地等主要问题，并确定最佳方案，以保证微波暗室屏蔽性能、暗室性能达到贵所提出的性能指标。 2、适用范围 本设计书适用于微波暗室建设工程，待中标后作为设计依据。 二、引用文件 三、微波暗室设计 微波暗室，就是从几何上比较对称，建筑空间满足一定要求的房屋中安装吸波材料，使室的各内壁、天棚、地板对于所接收到的电磁波反射甚微，从而较好的模拟自由空间环境，进行室内天线测试的场所。 1、技术要求 1.1屏蔽效能（包括所有屏蔽间） 1GHz～20GHz ≥100dB 20GHz～40GHz ≥80dB 1.2暗室性能（屏蔽暗室） 工作频率范围: 400MHz～40GHz 反射电平: -38dB～-50d B
静区的范围: ?1.2m×1.2m （中心位于暗室长轴中轴线,转台上方） 场不均匀性: 横向≤±0.3 dB 纵向≤±2 dB 交叉极化率：－25 dB 2、设计微波暗室的基本思路 随着天线技术的发展，天线测试技术也随着发展。就天线方向图测试方法来说，以往人们熟知的方法是室外场地远场测试。但由于微波吸收材料技术和计算机的飞跃发展，以及其他学科，如全息照相技术的成熟，方向图测试技术从室外场地测试发展到相互竞争又相互补充的多种测试方法。由以往的室外测试逐渐转为室内测试为主，室外测试为辅。近年来大量微波暗室建成使用，就是鲜明的标志。国内已建成微波暗室80多个，有些正在筹建中，而国外建成的微波暗室超过400多个。 3、微波暗室尺寸确定准则 微波暗室的几何尺寸和微波暗室的性能与里面的实验产品类型有关。应用最广泛的微波暗室为矩形室，因矩形室的结构外形比较简单、通用性强。一般资料中，设计矩形微波暗室的长度和宽度是按下列原则进行设计的。 3.1 微波暗室长度的确定 通常确定任一暗室的长度的基本因素是被检测的天线（目标）的尺寸和它所测的最高频率。通常确定任一暗室的长度的基本因素是被
微波暗室吸波工程方案设计
附录1
一、技术规范及要求. (3) 1. 工程简介. (3) 1.1 项目名称. (3) 1.2 工程地点. (3) 1.3 工程概况. (3) 2. 微波暗室组成及技术指标. (3) 2.1 组成. (3) 2.2 技术指标. (3) 3. 现场施工条件需求. (3) 4. 工程质量、保修期、工期方面的承诺. (3) 二、微波暗室方案设计. (5) 1. 微波暗室设计依据. (5) 2. 微波暗室吸波工程方案设计. (5) 2.1 吸波材料技术性能指标 (5) 2.2 微波暗室吸波材料布置及安装设计. (8) 2.2.1 执行标准及依据. (8) 2.2.2 吸波材料布局. (9) 2.2.3 吸波材料安装. (9) 2.2.4 特殊部位吸波处理. (10) 3. 基本布局及配套分系统方案设计. (10) 3.1 微波暗室结构方案设计. (10) 3.1.1.1 基本布局及配套分系统. (11) 4. 结论. (14) 5. 暗室项目配置清单. (15) 三、暗室设计计算分析. (16) 1. 计算输入条件. (16) 2. 吸波墙受到的雷达辐射功率计算方法. (16) 2.1 近场法. (16) 2.2 远场法. (16) 2.3 暗室所承载功率密度. (17) 四、暗室性能测试及验收. (18) 1. 耐功率检测. (18)
2. 消防、配电、监视、通风等验收. (18)
雷达辐射承载功率微波暗室 技术规范及要求 1. 工程简介 1.1项目名称：微波暗室 1.2工程地点：泰州市 1.3工程概况：在大楼内建造一座无反射环境保障的雷达辐射测试负载的微波暗室，暗室净空尺寸为：32m （长）x 16m （宽）x 8.5m （高） 2. 微波暗室组成及技术指标 2.1组成 微波暗室主体主要由吸波背架、彩钢板、吸波材料、配电、照明系统、通风系统、视频监控系统、火警与消防、接地系统及相关电缆布线等主要部分组成。暗室门尺寸：1m x 2m 旋转门一樘、2.0 mx 2.0m平移门一樘。 2.2技术指标 1）雷达最大辐射功率40KV y占空比为25% 2）测试要求：X波段雷达天线尺寸1.0米，天线增益40dB,畐寸瓣电平-20dB 3）工作频段：8?12GHz 4）吸波材料：角锥型吸波材料，高度0.5米、1.0米；氧指数大于60; 1.0米材料开孔后加风机功率承载能力大于15kw/m2;材料性能稳定； 3. 现场施工条件需求 3.1供电等能正常使用。 3.2施工范围场外道路可通行各种车辆，供施工设备及材料进场。 4. 工程质量、保修期、工期方面的承诺 4.1工程质量：确保达到一次验收合格工程。工程质量管理按中华人民共和国相关标准执行。 4.2工程质量保修：质保期为三年（从工程竣工通过甲方验收合格隔日算起），质保期三年内公司负责免费维修和更换因公司施工造成的质量问题以及确有质量问题的产品 （因业主违章操作及不可抗力因素造成的损失不在此列）。终身负责维护，提供技术支持及服务。 4.3工期：具体开工时间以建设单位发出《开工令》的时间为准。本工程施工工期为90天（不含测试时间）。 本招标工程要求中标单位按中标工期完成，因中标单位的原因造成工期延误的，从延期第三日起，按每天200元扣罚违约金（最高不超过总合同额的2%。 因招标单位、不可抗力原因造成工期延误的，由中标人说明理由，申请顺延工日经建设单位批准后，工期相应后延。 3
微波暗室
暗室设计 ——前期·准备 制作人：XXXX
目录 暗室简介 暗室设计准则 吸波材料的选取 暗室的工艺设计 其他事项
暗室简介 暗室又称电波暗室，有的暗室又被称为微波暗室、无反射室等。 暗室的作用就是防止外来电磁波的干扰，使测量活动不受外界电磁环境的影响，防止测试信号向外辐射形成干扰源，污染电磁环境，对其它电子设备造成干扰。
暗室简介 ?一般电波暗室可分为： 电磁兼容测试电波暗室和天线测试电波暗室。 ◆电磁兼容测试电波暗室主要替代开阔场，是进行电磁兼容测试的场所，按标准要求一般设计为半电波暗室，暗室除地面 外其它五面粘贴吸波材料，地面为反射金属板。其特点是频率范围宽，国际标准一般规定频率范围为30MHz～1GHz目前大多都做到30MHz～18GHz，军用标准频率范围为30MHz～40GHz，主要指标有：屏蔽效能、场地均匀性，归一化场地衰减和传输损耗等。 电磁兼容测试电波暗室又分为3米法、10米法和5米法标准电波暗室，各公司、企业或检测机构可根据自己的资金情况、可利用土地面积、常用测试对象尺寸，选择适合的电波暗室，没有必要照抄其他单位模式。 ◆天线测试电波暗室模拟的是自由空间电磁环境，电波暗室六面体全部粘贴吸波材料，在主反射区粘贴比其它区域吸波性能 更优质的吸波材料。适合在电波暗室内测试的天线一般都在微波频段，所以天线测试电波暗室又被称为微波暗室。在理想状态下暗室各个方向都应无电磁波反射，这是建造天线测试电波暗室的原则。 虽然无论设计的多么合理，建造的多么完善和优质，各个方向一点都没有电磁波反射显然是做不到的。因此设计天线测试暗室时，首先根据被测天线的有效尺寸，频率范围，天线特性设计一个静区，静区内的电磁环境应符合被测天线测试的需要。