北斗导航接收机综合测试微波暗室结构设计分析

2021-11-18蔡金珠

环境技术 2021年5期

蔡金珠

（中国电子科技集团公司第54研究所，石家庄 050081）

引言

随着北斗卫星导航系统应用的深入，北斗卫星导航接收机的品种越来越丰富。迫切需要建设综合的高精度北斗卫星导航接收机测量多用微波暗室，以满足对产品质量检验的工作需要。提供了一种适应多型号卫星导航接收机天线相位中心精确测量，接收综合指标测试、抗干扰试验的微波暗室结构设计要求。

1 满足高精度天线相位中心测量的微波暗室结构尺寸估算

为了提高大地测量型卫星导航接收机的测量精度，就需要确定该型号接收机的接收天线的相位中心的位置是否与接收天线的几何中心重合[1]。因为大地测量型接收机在实际测量时测量人员是以天线几何中心为参考零点的，而北斗导航接收机实施距离测量的参考基准又是以接收天线相位中心为参考的，所以这两个中心必须重合一致才能满足测量精度的要求。

测量接收机接收的北斗卫星信号来自距地球2万公里的中轨迹卫星。从这些中轨卫星发来的电磁波非常接近平面波。这就要求测试环境满足平面波的要求。因此微波暗室的尺寸就要足够大，但是微波暗室尺寸越大建造成本也就越高，所以需要在保证测量精度的情况下尽可能小。

如图1所示，AB是被测接收机的接收天线，O是天线的几何中心，A是天线的最外边，AB的长度等于天线半径。O是发射天线所在位置，OB的长等于R。OA的长较OB为长，还多出一段路程△。通过对△的控制就可以控制测量精度。

图1 结构尺寸示意图

由图可得：

式中：

R—发射天线到接收天线之间的距离；

D—接收天线最大有效尺；

△—从O点发出的电波到达接收天线中心B与到达天线边缘A的路程差。

化简得：

忽略高阶量2Δ则：

以上计算未考虑发射天线的有效尺寸，在考虑发射天线的有效尺寸的情况下式（2）可变为：

式中：

d—发射天线最大有效尺寸。

由于路程差△引起的相位差为：

将其代入式（3）得：

北斗卫星导航大地测量型接收机相对定位测量精度可达毫米级（5 mm），这包括接收天线相位中心偏差的精度和载波相位的精确测定。要求天线相位中心与天线几何中心的偏差不大于2 mm，而北斗B3频率为1 340.13 MHz，2 mm偏差折算为相位差最大为：

要保证此精确度则式（4）则R最小为：

取D=d=0.32 m，λ=0.2 m，代入式（5）得：R=29.12 m。

2 抗干扰能力测试微波暗室结构尺寸估算

北斗卫星导航的接收机处于复杂的电磁环境中，必须具有极强的抗干扰能力，为此微波暗室设置了多波束收发天线来验证接收机的抗干扰能力。多波束天线与导航接收机之间的距离要在保持测量准确度的情况下也应满足近似的远场条件，但是对远场条件的要求比对相位中心测量要求低，这种情况下由于路程差引起的相位误差可以降低到7.20，将此值代入式（4）得：

仍按上述值估算，得R=12.8 m。

3 综合测试微波暗室结构尺寸估算

这样相位中心测量的微波暗室和适宜抗干扰验证的微波暗室的最小尺寸估算完毕，但是仅仅依靠这两个数据还不能确定微波暗室的实际尺寸，还必须考虑发射与接收天线与主反射墙壁的距离，以满足反射电平足够小的要求，而且还要考虑分别建设两个满足需求的微波暗室的建造成本问题。

先考虑第二个问题。将两个微波暗室垂直设计。抗干扰微波暗室收发天线以南北方向布置，而相位测量微波暗室收发天线以东西方向布置。由于相位测量微波暗室长度较抗干扰微波暗室长的多，所以要再抗干扰微波暗室的墙壁上开一个洞，以便让相位测量的发射信号穿过这个洞到达接收机。这样一来抗干扰试验的发射信号也必然从洞中穿过进入相位测量暗室。但是我们可以通过设计以及铺设吸波材料来大幅降低抗干扰信号到达相位测量接收机的信号电平。

再来考虑第一个问题。吸波材料的吸波性能与电波入射角有密切关系，垂直入射时最好，目前可达40 dB，斜射时性能降低，在45 °入射时性能降低6 dB左右，入射角度大于45 °后吸收性能变坏的速度迅速增加。为了保证暗室的整体性能，保证发射波入射到四周墙壁并反射到被测天线时的入射角不大于60 °，对暗室的长、宽、高要统筹考虑。

微波暗室结构示意图见图2所示。JKRS所围成的暗室作为抗干扰微波暗室，JKLI所围成的暗室作为相位中心测量微波暗室，SRLI所围成的微波暗室用来测试接收机的其他性能指标。XY为抗干扰发射天线，WZ为被测接收机天线。AE为相位测量发射天线，FB为被测接收机天线。