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混響室的電波混響室

電波混響室是壹個電大尺寸且具有高導電反射墻面構成的屏蔽腔室,腔室中通常安裝壹個或幾個機械式攪拌器或調諧器,通過攪拌器的轉動改變腔室的邊界條件,進而在腔室內形成統計均勻、各向同性和隨機極化的電磁環境。

在國內,關於混響室的名稱多種多樣,公開發表的論文中出現的名稱包括“電波混響室”、“EMC混響室”、“電磁混響室”、“電磁混波室”等。為避免混淆,壹方面,考慮到在形式上與另壹種傳統意義的電磁兼容測試平臺“電波暗室”壹致,比較習慣,也便於區分和理解;另壹方面,在聲學領域,“混響室”使用更廣泛,而“混波室”使用比較少,而且混響室最初是借鑒聲學研究中“混響室”的概念,所以有學者建議在國內統壹使用“電波混響室”這壹名詞。 電波混響室技術研究的早期,在電磁兼容性測試技術中引人混響室測試平臺的初衷主要是混響室可以利用較小的功率輸入獲得強輻射場。

由於電波混響室提供的電磁環境具有以下特性:空間均勻,室內能量密度各處壹致;各向同性,在所有方向的能量流是相同的;隨機極化,所有的波之間的相角以及它們的極化是隨機的。所以混響室可用於多種涉及輻射場的測量其中包括:

l 輻射抗擾度和輻射發射測量。在混響室內可形成各向同性、均勻的場,因而特別適合進行輻射抗擾度測量,尤其是對於大型的EUT

l 屏蔽效能測量。對屏蔽襯墊、屏蔽材料的屏蔽效能測量的特點是在大的混響室內設置另外壹個較小的屏蔽殼體,並在此殼體內對由屏蔽材料泄漏進入的場也進行模攪拌,並分別接收混響室中及屏蔽殼體內電磁場的功率,從而求得屏蔽效能。

l 天線效率測量。在天線參數測量中,天線效率的測量是比較困難的。這主要是由於測量壹付天線在全部立體角範圍內輻射的總功率是十分困難的。因為任何壹付實用的天線都不可能是完全全向的,不同立體角的輻射功率密度也是不同的。但這些困難在混響室測量中不復存在。

在無線通信領域,利用電波混響室的多反射形成的漫射場模擬無線通信中的多入多出環境。其研究內容較多,比如汽車內部的超寬帶通信等。 目前,應用最多、標準認可、運行比較可靠的電波混響室是機械攪拌式混響室,又稱模式攪拌式混響室(Mode Stirred Reverberation Chamber),它是在高反射腔體內,安裝壹個或多個機械式攪拌器,通過攪拌器的連續或者步進式轉動改變邊界條件,從而在腔室內形成統計均勻、各向同性、隨機極化的場。此外,在混響室的研究中,不少學者提出了其他壹些也能實現電磁混響的設計方案,這裏做壹簡單介紹。

(1)擺動墻(Moving Wall)式混響室。

1992年,Huang Yi等提出采用擺動墻方案。由於混響室墻體的擺動,使室內體積不斷變化.從而連續改變空腔的諧振條件而達到混響的目的,但這種裝置的實際實現有壹定困難。2002年,N.K.Kouveliotis等用FDTD方法仿真計算了擺動墻混響室的品質因數Q和場均勻性.並通過建模、仿真其對EUT進行了測試,考察了擺動墻混響室產生混響的性能。

(2)漫射體式混響室。

1997年,M.Petirsch等提出將建築聲學中對聲波反射的Schroeder漫射體用於改善混響室內電磁波的諧振,並用數值方法分別計算了帶有和不帶有漫射體的混響室內電磁場的分布情況,結果表明漫射體改善了室場內的均勻性。

(3)波紋墻式混響室。

1998年,E.A.Godfrey等提出了壹種波紋墻的混響室結構方案,並探討了在壹個小型混響室內(1.8m×1.2 m×0.8m)采用波紋墻對場均勻性的影響,考察的頻率範同為150MHz~650MHz,實驗分別在平面鋁墻和鋼波紋墻混響室內進行,對比兩種條件下的數據結果表明,波紋墻有利於改善混響室內的場均勻性。

(4)源攪拌混響室。

1992年,Y.Huang和D.J.Edwards提出源攪拌的方法。它通過在測試中移動天線的位置或控制天線陣中不同天線的發射信號的方法改變測試中源的位置,達到混響的目的。它的基本原理是改變混響室中各本征模的權重因子。這種方法由於不用機械攪拌器,使得測試空間增大,而且還能改善混響室的低頻性能,所以至今仍有人對之進行研究,這些研究用本征函數疊加的方法推導了混響室有源激勵的電磁場分布公式,並提出了對稱模與反對稱模發射的方法(即源攪拌方法),從理淪上證實了利用源攪拌實現混響的可行性,壹定條件下在低模狀態下可獲得均勻場,並且模擬的結果證實了數據推導的正確性,為混響室在低於最低可用頻率的分析提供了可行的方法。

(5)頻率攪拌混響室

1994年,David A.Hill提出頻率攪拌的方法。其二維的數值計算結果表明,用中心頻率為4GHz、帶寬為10MHz的線源激勵時,場的均勻性很好,其三維分布情況還有待進壹步分析。此外,非零帶寬對敏感度測試的影響有待進壹步分析。在輻射發射測試中,由於不能控制受試設備(EUT)的頻譜,是否還能用頻率攪拌的方法進行測試有待研究。

(6)不對稱結構(或固有)混響室

1998年,Frank B.J.Leferink等設計了壹種新型混響室,它沒有任何兩個墻面是平行的,只有壹個壁面垂直於其他墻面,混響室的長、寬、高尺寸不成比例,且在室內某些位置安裝了漫射體。研究結果表明,其在沒有使用機械攪拌器的情況下產生了統計均勻的電磁場,使得測試時間相對於機械攪拌混響室而言大幅度減少。S.Y.Chung等還考察了“Schroeder diffuser”和“Randomly Made Diffuser”兩種不同漫射體在固有混響室中的應用,並討論了漫射體安裝的位置和面積對混響室性能的影響。