本發明涉及實際建筑材料的電磁反射和透射特性測量技術領域，特別涉及一種用于無線通信信道建模中材料電磁特性測量的拱形支架。

背景技術：

室內無線通信環境的特點是傳輸功率較小，覆蓋距離更近，環境的變化更大。對于不同的建筑物而言，電磁波的反射、繞射、衍射、折射(透射)、和散射情況與室內物品的布局、材料結構、建筑物尺度等因素密切相關。在無線信道建模中，對于統計模型，往往需要了解在典型環境下不同場景電磁波通過建筑材料的穿透損耗；對于確定性模型，則是通過數值計算的方法求解麥克斯韋方程組來描述室內無線電波傳播。目前廣泛采用的射線跟蹤技術就是一種確定性建模方法，其計算過程中往往需要知道材料的介質特性參數(導磁率μ、導電率σ、介電常數ε)。相比理想均勻材料的介質特性參數，導入實測的建筑材料特性參數可以更準確地描述實際的電波傳播規律。

目前已有的材料特性測量方案中所存在的主要問題有：

1、在未來第五代移動通信(5g)中，由于毫米波頻段通信的應用，不同入射角造成的穿透損耗有可能存在差異，此外在測量材料反射特性時需要在保持距離不變的情況下不斷改變收發天線的入射角和反射角，而現有的基于三角架的測量方案無法通過簡易方便的調整來準確固定測量距離、調節角度、和改變極化，因此很難準確反映毫米波傳播時的角度特性。

2、由于實際電波傳播環境的復雜性，傳統的穿透損耗測量方案只能用于特定場景(如，微波暗室)和特定材料(如，訂制的理想化材料)，無法應用于實際的建筑材料測量中。

3、天線支架材料本身的電磁特性不理想，可能會影響電磁波在測量范圍內傳播機制的改變。

因此，有必要針對上述問題，設計便于靈活準確定位距離和調節角度、可移動和拆卸重組、電磁散射影響小、堅固的非金屬材料支架，用于無線通信信道建模中建筑材料電磁特性的高精度測量系統。

技術實現要素：

本發明的目的就是克服現有技術的不足，提供了一種用于無線通信信道建模中材料電磁特性測量的拱形支架，在不改變原有的建筑材料特性測量系統的基礎上，設計了便于靈活準確定位距離和調節角度、可移動和拆卸重組、電磁散射影響小、堅固的非金屬材料拱形支架；從根本上解決了無線通信信道建模中建筑材料電磁特性測量中，以前不能靈活準確定位距離和調節角度的問題；該靈巧拱形支架適用于安放不同類型的天線；其半圓形天線滑軌可移動、可方便拆卸和重組，靈活用于不同建筑材料特性的研究中(如：地面、天花板、桌子、門、玻璃、墻體等)。此外，采用玻璃鋼(學名，玻璃纖維增強塑料)作為底座和支架，具有超低微波散射、高強度、耐腐蝕、絕緣等特點；本發明有效地提高了測量準確度和工作效率。

本發明一種用于無線通信信道建模中材料電磁特性測量的拱形支架，包括底座、支架體、半圓形滑軌、滑塊、旋轉驅動機構；

所述支架體為2支，均設置于所述底座上，與所述底座固定連接或可拆卸連接；

所述半圓形滑軌的兩端分別設置于2支所述支架體上，所述半圓形滑軌可以繞其直徑旋轉；所述半圓形滑軌上設置有刻度，所述刻度單位為調節入射角和反射角的角度步長；

所述旋轉驅動機構用于驅動所述半圓形滑軌繞軸旋轉；

所述滑塊設置于所述半圓形滑軌上，所述滑塊上設置有鎖緊機構。

進一步的，所述底座底部安裝有滑輪。

進一步的，所述旋轉驅動機構為組合滾輪軸承，所述組合滾輪軸承包括主滾輪和側滾輪，分別固定在2支所述支架體上，所述主滾輪設置有手柄，用于將所述半圓形滑軌手動搖起至水平位置。

進一步的，所述滑塊的數量為2個，分別用于固定放置收、發天線。

進一步的，所述滑塊上設置有方便天線與射頻電纜連接的插口。

進一步的，所述底座的材質為玻璃纖維增強塑料鋼；所述半圓形滑軌的材質為酚醛膠木板；所述滑塊的材質為聚四氟乙烯塑料。

進一步的，所述支架體的高度為1420mm；所述半圓形滑軌在所述支架體上水平放置時高度為1480mm；所述半圓形滑軌的半徑為1000mm。

進一步的，所述滑塊在所述半圓形滑軌上可調節的入射角度為0°到75°。

進一步的，所述底座、支架體、半圓形滑軌、滑塊相互之間通過聚四氟乙烯塑料螺絲連接固定。

進一步的，所述刻度單位為1°。

本發明的有益效果為：

1、本靈巧拱形支架可靈活準確固定天線距離、調節天線角度、和改變天線極化，保證天線與待測建筑材料(地面、天花板、桌子、門、玻璃、墻體等)表面相垂直；

2、本靈巧拱形支架可靈活移動、拆卸和重組，便于放置在不同的建筑材料表面進行測量；

3、通過設計兩個相同的靈巧拱形支架，分別放置在待測材料兩側，可用于測量不同入射角度下材料的透射特性；

4、本靈巧拱形支架尺寸上滿足電磁波遠場測量要求；

5、本靈巧拱形支架所有材料的電磁散射影響小，滿足毫米波段無線通信信道建模中建筑材料電磁特性的高精度測量要求。

附圖說明

圖1所示為本發明實施例拱形支架整體結構示意圖(正視圖)。

圖2所示為本發明實施例拱形支架整體結構示意圖(俯視圖)。。

其中：1-底座、2-支架體、3-半圓形滑軌、4-滑塊、5-組合滾輪軸承。

具體實施方式

下文將結合具體附圖詳細描述本發明具體實施例。應當注意的是，下述實施例中描述的技術特征或者技術特征的組合不應當被認為是孤立的，它們可以被相互組合從而達到更好的技術效果。在下述實施例的附圖中，各附圖所出現的相同標號代表相同的特征或者部件，可應用于不同實施例中。

如圖1-2所示，本發明實施例一種用于無線通信信道建模中材料電磁特性測量的拱形支架，其特征在于，包括底座、支架體、半圓形滑軌、滑塊、旋轉驅動機構；

所述支架體為2支，均設置于所述底座上，與所述底座固定連接或可拆卸連接；

所述半圓形滑軌的兩端分別設置于2支所述支架體上，所述半圓形滑軌可以繞其直徑旋轉；所述半圓形滑軌上設置有刻度，所述刻度單位為調節入射角和反射角的角度步長；所述刻度單位為1°；

所述旋轉驅動機構用于驅動所述半圓形滑軌繞軸旋轉；

所述滑塊設置于所述半圓形滑軌上，用于固定天線，便于調節天線的極化方向，所述滑塊上設置有鎖緊機構；所述鎖緊機構為2個鎖緊手輪，用于固定滑塊4，防止滑塊4在測量過程中與半圓形滑軌3發生相對滑動；所述滑塊上還設置有插口，以方便天線與射頻電纜的連接。

所述底座底部安裝有滑輪，便于拱形支架整體移動；豎直墻體測試過程中需要將底座1卸去，保證半圓形滑軌3的直徑與待測材料表面貼合，整體垂直于墻面。

所述旋轉驅動機構才采取現有技術中的任何方式，例如可以為組合滾輪軸承，所述組合滾輪軸承包括主滾輪和側滾輪，分別固定在2支所述支架體上，所述主滾輪設置有手柄，用于將所述半圓形滑軌手動搖起至水平位置。當半圓形滑軌處于水平位置時，為保持平衡，可增加與支架體2相同高度的聚四氟乙烯塑料支架，保證半圓形滑軌3在水平搖起時受力均勻。

一般的，所述滑塊的數量為2個，分別用于固定放置收、發天線。

優選的，所述底座的材質為玻璃纖維增強塑料鋼；所述半圓形滑軌的材質為酚醛膠木板；所述滑塊的材質為聚四氟乙烯塑料；上述材料的選用確保拱形支架在測量中極低的電磁散射影響。

所述底座、支架體、半圓形滑軌、滑塊相互之間通過聚四氟乙烯塑料螺絲連接固定，方便拆卸，并且消除其在測量環境內對電磁波傳播的影響。

在毫米波頻段材料反射和透射特性測量中，半圓形滑軌3的尺寸設計滿足遠場條件；優選的，所述支架體的高度為1420mm；所述半圓形滑軌在所述支架體上水平放置時高度為1480mm；所述半圓形滑軌的半徑為1000mm。

由于滑塊4的尺寸限制，所述滑塊在所述半圓形滑軌上可調節的入射角度難以達到0°到90°，在本優選實施例中，達到0°到75°，已完全可以滿足無線通信信道建模中材料電磁特性測量的實際需求。

本發明的具體應用：

應用一：材料反射特性測量

通過使用1個本發明實施例中的拱形支架，在半圓形滑軌3上安置兩個滑塊4，分別固定收、發天線，可以實現5g毫米波頻段材料反射特性的測量。反演得到的材料介質參數可用于電波傳播的射線跟蹤仿真，從而建立無線通信信道模型。

本應用采用基于矢量網絡分析儀(vna)的材料反射特性的測量系統；在測量開始前首先對vna進行內部校準，然后配置相關參數，包括輸出功率、掃頻范圍、掃頻點數、掃頻次數或時間、分辨率帶寬等。通過轉動組合滾輪軸承5將半圓形滑軌3轉至水平位置，保證與待測材料表面垂直，并分別將兩個相同的高增益喇叭天線以相同極化安裝在兩個滑塊4上。其中發射天線通過射頻同軸電纜連接至vna的a端口，接收天線連接至vna的b端口。調節滑塊4使得天線的入射角和反射角相等，并通過控制vna記錄所測參數s21的值。每完成一個角度的測量后，以固定的步長(5°)調節兩個滑塊4，得到所有角度的測量結果。改變兩個天線的極化方向，重復上述步驟依次完成垂直/平行極化的測量。最后通過每個角度情況下所記錄得到的s21值反演出建筑材料的介質參數。

應用二：材料透射特性測量

通過使用2個本發明實施例中的拱形支架，該2個拱形支架對稱布置于待測材料的兩側；對于每個拱形支架，分別在兩個半圓形滑軌3上安置兩個滑塊4，并固定收、發天線，可以實現5g毫米波頻段材料透射特性的測量。測量結果一方面可以用于反演材料的介質參數并和實例一中結果相互驗證；另一方面可以得到不同材料的穿透損耗，直接應用于毫米波頻段無線通信信道建模中。

本應用采用基于矢量網絡分析儀(vna)和擴展信號源的材料透射特性的測量系統。在測量開始前首先對vna進行內部校準，然后通過無線路由器將vna和信號源連接在一個局域網內，并將外擴信號源作為vna的附屬設備，以增大測試系統的動態范圍和測試距離。根據測量需求配置相關參數，包括輸出功率、掃頻范圍、掃頻點數、掃頻次數或時間、分辨率帶寬等。通過轉動兩個組合滾輪軸承5將半圓形滑軌3調節至水平位置，保證兩個滑軌3水平并與待測材料表面垂直。分別將兩個相同的高增益喇叭天線以相同極化安裝在兩個滑軌3的滑塊4上，并在測量過程中始終保持收發天線的角度相同。其中發射天線通過射頻同軸電纜連接至vna的1端口，接收天線連接至vna的2端口，通過控制vna記錄所測參數s21的值。由于材料厚度的影響，電磁波穿過材料內部時，會發生一定的平移，因此在改變入射角的同時，接收端所在的支架需要在水平方向上進行平移滑動，保證最大的接收功率。最后通過每個角度情況下所記錄得到的s21值可以直接得到建筑材料的穿透損耗，對于衰減較小的材料可以反演出建筑材料的介質參數并與實例一中得到的結果進行對比。

本發明的有益效果為：

1、本靈巧拱形支架可靈活準確固定天線距離、調節天線角度、和改變天線極化，保證天線與待測建筑材料(地面、天花板、桌子、門、玻璃、墻體等)表面相垂直；

2、本靈巧拱形支架可靈活移動、拆卸和重組，便于放置在不同的建筑材料表面進行測量；

3、通過設計兩個相同的靈巧拱形支架，分別放置在待測材料兩側，可用于測量不同入射角度下材料的透射特性；

4、本靈巧拱形支架尺寸上滿足電磁波遠場測量要求；

5、本靈巧拱形支架所有材料的電磁散射影響小，滿足毫米波段無線通信信道建模中建筑材料電磁特性的高精度測量要求。

本文雖然已經給出了本發明的幾個實施例，但是本領域的技術人員應當理解，在不脫離本發明精神的情況下，可以對本文的實施例進行改變。上述實施例只是示例性的，不應以本文的實施例作為本發明權利范圍的限定。