[发明专利]一种确定接收机天线灵敏度的方法

说明书

技术领域

本发明属于磁场测量领域，特别涉及一种天线灵敏度的确定方法。

背景技术

在军用磁场测量与通信领域，常采用长波信号作为远距离通信手段，其信号以磁场信号形式，主要由地表波形式传播。发射台磁场信号经远距离传播后，与外界的相对较强背景磁场信号相互叠加，共同进入接收机的输入端，由于发射台磁场信号由于衰减非常大，往往远小于背景磁场，因此接收机的接收灵敏度显得非常关键。

而天线作为系统最前端，其功能是将磁场信号转换为电信号，其灵敏度是系统的最重要指标之一。由于磁场信号极其微弱，量级常在10^-14T，因此很难直接测量其接收机的灵敏度。

在磁场接收机应用中，天线作为系统最前端，其灵敏度决定了系统的通信距离，通信深度等一系列问题，是发射台和接收机的整体通信链路设计的重要参考要素。如何测量接收机天线的灵敏度，问题比较复杂。这是因为，发射台信号由于长距离传输及磁场衰减极快，因此信号强度往往很微弱，因此很难利用直接测量的方法将有用磁场从环境磁场中分离；磁场屏蔽室虽然在测量时可以屏蔽一些背景磁场，但其一般屏蔽室屏蔽效果很有限；高屏蔽效果的屏蔽室造价极高，考虑到环境磁场信号分布极广且来源多样，尤其难以屏蔽低频段信息。

为确定天线灵敏度的问题，目前主要采取的技术手段为两种。一种利用“重屏蔽室”直接测量方法。所谓重屏蔽室，是指屏蔽效果很好，造价极高的屏蔽室，能够比较好的降低环境中的背景磁场信号，从而降低环境磁场信号，尽可能使输入信号为磁场源信号。在这种屏蔽室中，可采用直接给出磁场激励源，探测其电信号输出的方式得到灵敏度；另一种为数值计算方法，通过对天线各部件进行建模，模拟系统的实际运行来对系统性能进行评估，由此得到灵敏度等诸要素。第一种手段中，在屏蔽性能很好的磁屏蔽室内，使用可调磁场源作为接收机信号源，测量其输出电信号进行测量。通过不断降低输出磁场源信号，判断输出电信号的分辨率。当输出电信号的达到最小分辨率时，读取其输出磁场大小，由此得到天线灵敏度。实现时磁屏蔽室要求很高，成本极高，屏蔽效果不理想。尤其是长波通信所用的低频段，很难实现有效屏蔽，难以保证磁屏蔽室内的磁场信号接近于零，因此天线的输出不能认为只有本底噪声，难以界定噪声和有效信号，造成数据不可信。第二种手段，需要对天线各部件进行详细的建模，工作量非常巨大，其建模效果还需要进行相关试验测定，实际实施中难以评判其有效性。

本发明从此出发，提出一种间接的接收机灵敏度确定方法，通过测量与计算得到接收机天线的灵敏度。

发明内容

发明目的：针对直接测量天线的灵敏度时磁屏蔽效果差、测量不准确这个问题，发明一种间接的接收机灵敏度确定方法，通过测量与计算得到接收机天线的灵敏度。

技术方案：一种确定接收机天线灵敏度的方法，首先确定接收机天线的的磁场-电压转换系数，然后确定零磁场输入下电信号的输出(可认为是电噪声的输出)，再根据天线系统在工作段的幅值响应为线性反推出噪声对应的磁场输入，这个输入称为等效噪声磁场输入，是输入磁场信号分辨率，也就是灵敏度；具体包括以下步骤：第一步，确定磁场/电压转换系数K；第二步，确定零输入下的接收机天线输出噪声电压V_noise；第三步，反推灵敏度，根据天线输出的噪声电压和磁场-电压转换系数得到天线的灵敏度：

所述第一步中，需要在一定效果下的屏蔽室内测量磁场-电源转换系数，如附图2所示，分为如下三小步，分别是1)构建测试磁场环境，2)确定天线幅值响应特性的线性化和3)确定磁场-电压转换系数；

1)构建合理的磁场环境：包括效果较好的屏蔽室，较少的电磁辐射源和高精度的磁场源；屏蔽室要求不高，内部应具有简单的电气环境，尽可能使环境磁场影响小；高精度磁场信号源应具有输出磁场可以调节的能力，并且结构尺寸应足够大，以使输出磁场的均匀度足够；应具有较大的动态范围，激励源的强度应明显大于背景磁场；其输出磁场大小与控制量具有唯一确定的对应关系，可通过计算得到输出磁场大小；