一种快速计算电磁波自由空间衰减的计算尺的制作方法

本发明涉及计量设备技术领域，具体是一种快速计算电磁波自由空间衰减的计算尺。

背景技术：

电子战飞机空中战勤人员在执行侦察或干扰任务时，需要快速准确的掌握战场电磁态势和目标辐射源信息，其中，目标辐射源的发射功率是重要的信息数据，是反映辐射源目标类型、状态的重要指标，是战勤人员调整接收机灵敏度、动态范围的基本数据，是制定侦察和干扰方案不可缺少的重要信息。根据信号链路传输理论，可以通过信号的接收功率、信号在链路中的衰减计算信号的发射功率，其中信号的接收功率可以直接测得，而信号在链路传输中的衰减需要根据公式进行计算，但是过程复杂，耗费时间，减低了工作效率，与战勤人员执行任务的实时性、紧迫性要求不相符合。

公布号为cn109283388a的专利文献公开了一种电磁波频率随传播距离衰减的测量装置及测量方法，该装置包括电磁波信号发生装置、多级电磁波传输信道和信号处理装置，电磁波信号发生装置产生单频电磁波信号源，单频电磁波信号源经过放大后，一路发射至多级电磁波传输信道，另一路传输至信号处理装置；多级电磁波传输信道将输入的电磁波信号进行多级传输，并输出至信号处理装置；信号处理装置根据接收到的两路电磁波信号，绘制动态李萨如图，根据李萨如图的翻转次数及位置形状，测量出电磁波信号频率的相位角积累值，根据相位角积累值，计算电磁波信号频率的衰减量，基于红移关系式，将电磁波信号频率衰减相对变化量转换为电磁波波长相对变化量。但是，该专利文献侧重于电磁波频率随传播距离衰减的测量计算，未能解决电子战中获得电磁波自由空间衰减值测算的时效性问题。

公布号为cn109036036a的专利文献公开了一种基于陈寿元效应的电磁波频率随传播距离而衰减、红移的实验装置及方法，实验装置包括信号发生模块、电磁波传播通道和信号检测模块；所述信号发生模块用于产生设定频率、振幅的电磁波，电磁波通过电磁波传播通道到达信号检测模块，信号检测模块通过测量电磁波的频率来观测电磁波频率随传播距离的衰减；其中信号发生模块产生电磁波的声源位置、电磁波传播通道和信号检测模块的测点位置保持相对静止。但是，该专利文献用于电磁波频率衰减和红移实验，不能快速计算出电磁波在自由空间的衰减值。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明针对现有技术的不足，提供的一种能够快速计算出信号的衰减值，快速得到信号的发射功率，提高电子战工作效率的快速计算电磁波自由空间衰减的计算尺。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种快速计算电磁波自由空间衰减的计算尺，包括底座，固定设置在所述底座上的距离刻度尺，固定设置在所述距离刻度尺上的透明读数板，以及活动设置在所述底座上的频率刻度尺和衰减值刻度尺，所述频率刻度尺与所述衰减值刻度尺联动滑动，所述透明读数板上设有频率指针。

进一步的，所述距离刻度尺包括平行设置在所述底座上的第一刻度尺和第二刻度尺，所述衰减值刻度尺位于所述第一刻度尺和所述第二刻度尺之间，所述频率刻度尺位于所述第一刻度尺一侧，所述频率刻度尺与所述衰减值刻度尺通过连接杆连接。

进一步的，所述第一刻度尺的刻度显示范围是10～2000m，所述第一刻度尺的基准长度以10～100m的长度为5cm，所述第一刻度尺的刻度确定公式：

其中：s1为显示距离，单位为m；

d1为某一距离值s所对应的刻度在刻度尺上与“0点”之间的真实距离，单位为cm。

进一步的，所述第二刻度尺的刻度显示范围是1～200km，所述第二刻度尺的基准长度以1～10km的长度为5cm，所述第二刻度尺的刻度确定公式：

其中：s2为显示距离，单位为km；

d2为某一距离值s所对应的刻度在刻度尺上与“0点”之间的真实距离，单位为cm。

进一步的，所述频率刻度尺的刻度显示范围是0.1ghz～20ghz，所述频率刻度尺的基准长度以0.1ghz～1ghz的长度为5cm，所述频率刻度尺的刻度确定公式：

其中：f为频率值，单位为ghz；

d3为某一频率值f所对应的刻度在刻度尺上与“0点”之间的真实距离，单位为cm。

进一步的，所述衰减值刻度尺设有上刻度和下刻度，所述上刻度与所述第一刻度尺对应，所述下刻度与所述第二刻度尺对应，所述上刻度的范围为0～130db，所述下刻度的范围为40～170db，所述上刻度和所述下刻度的最小刻度均为1db，而且每一刻度的实际长度均为0.25cm。

进一步的，所述第一刻度尺和所述第二刻度尺两端下部均设置垫板，所述第一刻度尺和所述第二刻度尺两端上部均设置固定板，所述第一刻度尺和所述第二刻度尺均通过螺栓固定在所述底座上。

进一步的，所述底座上部位于所述频率刻度尺外侧设有挡板，所述透明读数板的两侧分别通过螺栓固定于所述第二刻度尺和所述挡板上。

进一步的，所述透明读数板为有机玻璃板，所述透明读数板上刻有所述频率指针，以及所述距离刻度尺、频率刻度尺和衰减值刻度尺的单位信息。

电磁波在空间传播时信号的功率会随着传播距离的增加而减弱，并且信号衰减的程度与信号的频率有关，根据信号链路传输理论，电磁波信号在空间中传播的衰减可以通过建立相应的数学模型在计算机中进行计算，电子战任务系统计算机中安装了具备这种功能的软件，采用软件计算的方法，可以满足测量的准确性，因此，现有技术人员多采用这种电子计算的方法，例如，公布号为cn109283388a的专利文献公开的一种电磁波频率随传播距离衰减的测量装置及测量方法，该装置包括电磁波信号发生装置、多级电磁波传输信道和信号处理装置，电磁波信号发生装置产生单频电磁波信号源，单频电磁波信号源经过放大后，一路发射至多级电磁波传输信道，另一路传输至信号处理装置；多级电磁波传输信道将输入的电磁波信号进行多级传输，并输出至信号处理装置；信号处理装置根据接收到的两路电磁波信号，绘制动态李萨如图，根据李萨如图的翻转次数及位置形状，测量出电磁波信号频率的相位角积累值，根据相位角积累值，计算电磁波信号频率的衰减量，基于红移关系式，将电磁波信号频率衰减相对变化量转换为电磁波波长相对变化量。

该现有技术即提供了一种电子测量装置和方法，能够满足电磁波衰减值的准确测量，而且，相较于快速性，业内人士更加侧重考虑计算的准确性，从而容易想到采用电子计算的方法，使用机械结构测量电磁波衰减是现有技术人员不容易想到的。

本申请的发明人为了同时满足计算的准确性和时效性，创造性地设计了一种计算尺，并根据科学的计算方法为计算尺设置高精确度的刻度线，解决了传统采用电子计算电磁波衰减值时效性差的问题，该技术方案是现有技术人员不容易想到和实现的。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明快速计算电磁波自由空间衰减的计算尺，根据电磁波衰减与传播距离和信号频率的关系制得，在底座上固定设置距离刻度尺，频率刻度尺和衰减值刻度尺联动滑动，通过滑动频率刻度尺，使信号频率与频率指针对齐，即可观察某一距离下的衰减值，计算读数快速，解决了传统采用软件计算时，通过人工输入信号的参数到计算机中进行衰减值的计算需要较长时间的问题，能够满足电子战的时效性。

本发明根据实际使用环境中的信号频率和有意义的传播距离，以此确定参数范围，将计算信号衰减的各参数以刻度的形式体现在计算尺上，可以快速的计算出信号的衰减，根据已知参数移动计算尺上游标，信号的衰减可以直观的在结果区中显示出来，使用这种工具可以帮助战勤人员节省计算时间，快速得到信号的发射功率，极大提高效率，军事效益显著。

另外，本发明根据实际频率测量的需求选定0.1ghz～20ghz为计算尺的频率测量范围，此频率范围基本覆盖了电子战飞机在战场中需要应对的电磁波信号，包括超短波电台通信信号、地面远程警戒雷达信号、地面和海面搜索雷达信号、武器系统制导雷达信号以及机载火控雷达信号的频段，能够满足实际需求。

另外，本发明根据实际链路距离的测量范围选定为10米～200千米，能够满足电子战飞机作战时实际飞机与辐射源之间的距离要求，为了能够缩短计算尺的长度尺寸，同时兼顾刻度值与真实距离值之间的对数关系，距离越大，刻度之间的间隔越紧密，将链路距离刻度尺设计为了上下分段式的结构，上段为以m为单位的刻度，下段为以km为单位的刻度，携带和操作便利性大大增强。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明频率刻度尺的刻度示意图；

图3是本发明实施例中第一刻度尺的刻度示意图；

图4是本发明实施例中第二刻度尺的刻度示意图；

图5是本发明衰减值刻度尺的刻度示意图；

图6是本发明实施例中频率刻度尺的频率值与真实刻度距离的关系图；

图7是本发明实施例中第一刻度尺的显示距离与真实刻度距离的关系图；

图8是本发明实施例三的结构示意图；

其中，1-底座，3-透明读数板，4-频率刻度尺，5-衰减值刻度尺，6-频率指针，7-垫板，8-固定板，9-挡板，21-第一刻度尺，22-第二刻度尺。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步清楚阐述本发明的内容，但本发明的保护内容不仅仅局限于下面的实施例。在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。

实施例一

如图1所示，一种快速计算电磁波自由空间衰减的计算尺，包括底座1，固定设置在所述底座1上的距离刻度尺，固定设置在所述距离刻度尺上的透明读数板3，以及活动设置在所述底座1上的频率刻度尺4和衰减值刻度尺5，所述频率刻度尺4与所述衰减值刻度尺5联动滑动，所述透明读数板3上设有频率指针6。

具体的，所述距离刻度尺包括平行设置在所述底座1上的第一刻度尺21和第二刻度尺22，所述衰减值刻度尺5位于所述第一刻度尺21和所述第二刻度尺22之间，所述频率刻度尺4位于所述第一刻度尺21一侧，所述频率刻度尺4与所述衰减值刻度尺5通过连接杆连接，所述第一刻度尺21下方与底座之间留有空隙，所述连接杆从空隙中横穿。

实施例二

如图2～7所示，本发明实施例的快速计算电磁波自由空间衰减的计算尺，与实施例一的不同之处在于：所述第一刻度尺的刻度显示范围是10～2000m，所述第一刻度尺的基准长度以10～100m的长度为5cm，所述第一刻度尺的刻度确定公式：

其中：s1为显示距离，单位为m；

d1为某一距离值s所对应的刻度在刻度尺上与“0点”之间的真实距离，单位为cm。

所述第二刻度尺的刻度显示范围是1～200km，所述第二刻度尺的基准长度以1～10km的长度为5cm，所述第二刻度尺的刻度确定公式：

其中：s2为显示距离，单位为km；

d2为某一距离值s所对应的刻度在刻度尺上与“0点”之间的真实距离，单位为cm。

所述频率刻度尺的刻度显示范围是0.1ghz～20ghz，所述频率刻度尺的基准长度以0.1ghz～1ghz的长度为5cm，所述频率刻度尺的刻度确定公式：

d3＝5log210f/log210

其中：f为频率值，单位为ghz；

d3为某一频率值f所对应的刻度在刻度尺上与“0点”之间的真实距离，单位为cm。

所述衰减值刻度尺设有上刻度和下刻度，所述上刻度与所述第一刻度尺对应，所述下刻度与所述第二刻度尺对应，所述上刻度的范围为0～130db，所述下刻度的范围为40～170db，所述上刻度和所述下刻度的最小刻度均为1db，而且每一刻度的实际长度均为0.25cm。

电磁波在空间传播时信号的功率会随着传播距离的增加而减弱，并且信号衰减的程度与信号的频率有关，根据信号链路传输理论，电磁波在空间的传播损耗可以用以下的公式进行计算：

l＝(4π)²f²d²/c²

其中：

d为传播距离，单位m；

f为信号频率，单位hz；

c为光速。

在电子战领域，通常以db的形式描述信号的衰减，所以将公式转换为以db的形式表达，并且距离d的单位用km，频率f的单位用mhz。转换结果为：

l(db)＝32.44+20log10d+20log10f

其中：

d为传播距离，单位为km；

f为信号频率，单位为mhz。

根据公式可以得出信号的衰减可以根据信号的频率和信号源与接收机的距离计算得出，信号在自由空间传播的衰减值与距离的常用对数、频率的常用对数都是线性变化关系，当频率或距离为一固定值时，通过改变另一参数，信号的衰减值也会随之线性变化。

如果要对指定频率信号的衰减进行计算，只需要移动频率刻度尺使得频率指针指示到所指定的频率值上，然后在距离刻度尺上找到当前的传播距离，距离刻度尺中间与当前距离对应的衰减刻度尺中的衰减值就是当前频率和距离下电磁波传播的衰减值。

根据衰减值计算公式，电磁波随着信号频率的增加衰减会显著增加，所以在低频段的计算精度应该高于高频段，而根据计算出的刻度值数据，随着频率的增大，同样的频率间隔真实刻度距离显著变小，不利于工程实现，所以综合实际需求与工程实现两方面的约束，实际计算尺上的刻度在低频段部分精度较高，在随着频率升高精度降低。基于工程实现和便携性的考虑，最终选定0.1ghz～1ghz的长度为5cm做为刻度尺制作的基准长度，计算尺上所有其他参数的刻度值的实际位置都以这个基准进行计算，在此条件下，结合衰减值计算公式，可以推导出以下确定频率刻度尺刻度距离的公式：

d3＝5log210f/log210

其中：

f为频率值，单位为ghz；

d3为某一频率值f所对应的刻度在刻度尺上与“0点”(0.1ghz刻度)之间的真实距离，单位为cm。

相邻的两个刻度之间的实际距离:

δd3＝d32-d31＝5log210f32/log210-5log210f31/log210

d32和d31为相邻的两个刻度的与零点的距离，f32和f31为相邻的两个频率值。

根据以上的两个公式，就可以对频率刻度尺上所有的刻度的位置进行确定，具体的刻度计算结果见附表1，以此计算结果制作的频率刻度尺见图2，刻度距离随频率的变化关系见图6。

距离刻度与实际在计算尺上长度的换算与频率的换算方法是一致，距离与衰减的关系和频率与衰减的关系也是一致的，为了能够缩短计算尺的长度尺寸，同时兼顾刻度值与真实距离值之间的对数关系，距离越大，刻度之间的间隔越紧密，将链路距离刻度尺设计为了上下分段式的结构，上段为以m为单位的刻度，下段为以km为单位的刻度，根据频率刻度的基准长度，可以确定上段距离刻度的基准长度是10米～100米为5cm，以10米做为起始刻度，下段距离刻度的基准长度是1千米～10千米为5cm，以1千米做为起始刻度，结合衰减值计算公式，可以推导出以下确定距离刻度尺刻度距离的公式：

s1、s2为显示距离，单位分别为m、km；

d1为第一刻度尺某一距离值s1所对应的刻度在刻度尺上与“0点”(10米)之间的真实距离，单位为cm。

d2为第二刻度尺某一距离值s2所对应的刻度在刻度尺上与“0点”(1千米)之间的真实距离，单位为cm。

相邻的两个刻度之间的实际距离：

根据以上的四个公式，就可以对链路距离刻度尺上所有的刻度的位置进行确定，具体的刻度计算结果见附表2，以此计算结果制作的距离刻度尺见图3和图4，刻度距离随频率的变化关系见图7。

根据衰减值计算公式，衰减值与频率和链路距离的常用对数是线性关系，因为频率和距离刻度尺都采用对数变化的刻度，所以衰减刻度尺上的刻度值是均匀线性变化的，在信号频率刻度尺选择0.1ghz～1ghz的长度为5cm做为刻度尺制作的基准长度，同时选择链路距离刻度的基准长度是10米～100米为5cm，在此条件下，可以方便的计算出衰减刻度尺上的每一个刻度的数值，具体的数值见附表3。同时，为了与链路距离刻度尺的上下分段结构相对应，衰减值刻度尺也设计为上下两段的结构，见图5。

在完成了信号衰减值的计算以及频率刻度尺、距离刻度尺、衰减刻度尺范围的确定和刻度数值的确定之后，根据计算尺的功能设计了计算尺的平面图，频率刻度尺上方的指针指示了当前信号的频率值，频率刻度尺可以根据需要左右移动以实现频率数值的选取。中间上下分别为以“米”和“千米”为单位的距离刻度尺，可以根据空间距离选择对应的距离。距离刻度尺中间是衰减刻度尺，衰减刻度尺与频率刻度尺是联动结构，在频率刻度尺左右移动的同时，衰减刻度尺也随之移动，从而可以对不同频率的信号在不同距离上的衰减进行读取。

实施例三

如图8所示，一种快速计算电磁波自由空间衰减的计算尺，包括底座1，固定设置在所述底座1上的距离刻度尺，固定设置在所述距离刻度尺上的透明读数板3，以及活动设置在所述底座1上的频率刻度尺4和衰减值刻度尺5，所述频率刻度尺4与所述衰减值刻度尺5联动滑动，所述透明读数板3上设有频率指针6。

具体的，所述距离刻度尺包括平行设置在所述底座1上的第一刻度尺21和第二刻度尺22，所述衰减值刻度尺5位于所述第一刻度尺21和所述第二刻度尺22之间，所述频率刻度尺4位于所述第一刻度尺21一侧，所述频率刻度尺4与所述衰减值刻度尺5通过连接杆连接，所述第一刻度尺21下方与底座之间留有空隙，所述连接杆从空隙中横穿。

所述第一刻度尺21的刻度显示范围是10～2000m，所述第一刻度尺的基准长度以10～100m的长度为5cm，所述第一刻度尺的刻度确定公式：

其中：s1为显示距离，单位为m；

d1为某一距离值s所对应的刻度在刻度尺上与“0点”之间的真实距离，单位为cm。

所述第二刻度尺22的刻度显示范围是1～200km，所述第二刻度尺的基准长度以1～10km的长度为5cm，所述第二刻度尺的刻度确定公式：

其中：s2为显示距离，单位为km；

d2为某一距离值s所对应的刻度在刻度尺上与“0点”之间的真实距离，单位为cm。

所述频率刻度尺4的刻度显示范围是0.1ghz～20ghz，所述频率刻度尺的基准长度以0.1ghz～1ghz的长度为5cm，所述频率刻度尺的刻度确定公式：

d3＝5log210f/log210

其中：f为频率值，单位为ghz；

d3为某一频率值f所对应的刻度在刻度尺上与“0点”之间的真实距离，单位为cm。

所述衰减值刻度尺5设有上刻度和下刻度，所述上刻度与所述第一刻度尺对应，所述下刻度与所述第二刻度尺对应，所述上刻度的范围为0～130db，所述下刻度的范围为40～170db，所述上刻度和所述下刻度的最小刻度均为1db，而且每一刻度的实际长度均为0.25cm。

本发明实施例的快速计算电磁波自由空间衰减的计算尺，与实施例一、二的不同之处在于：所述第一刻度尺21和所述第二刻度尺22两端下部均设置垫板7，所述第一刻度尺21和所述第二刻度尺22两端上部均设置固定板8，所述第一刻度尺21和所述第二刻度尺22均通过螺栓固定在所述底座上。

所述底座1上部位于所述频率刻度尺4外侧设有挡板9，所述透明读数板3的两侧分别通过螺栓固定于所述第二刻度尺22和所述挡板9上。

所述透明读数板为有机玻璃板，所述透明读数板上刻有所述频率指针，以及所述距离刻度尺、频率刻度尺和衰减值刻度尺的单位信息。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

附表1

附表2

附表3