（通信与信息系统专业论文）5米法电波暗室性能预测.pdf

大连理工大学硕士学位论文 摘要 由于电波暗室的造价十分昂贵，必须综合考虑成本及其测试性能等问题，所以在建造 新暗室前其性能预测是非常必要的。本文应用了电磁波传播、波反射等理论，讨论了新型 电磁兼容( e m c ) 测试环境一5 米法电波暗室全工作频段( 3 0 m h z 1 0 0 0 m h z ) 的性能预 测方法，分别采用射线跟踪法和时域有限差分法对其关键性指标一归一化场地衰减( n s a ) 进行了预测分析。 在3 0 0 m 1 0 0 0 加舷频段，文章采用了射线跟踪法，并结合了调谐偶极振子的离散 频率扫描法。将电磁波看作一系列射线束，以复合吸波材料的底座尺寸为基本单元将暗室 内壁进行离散；将每条射线反射的计算次数从较常采用的两次增加到三次，并引入一种快 速求解射线轨迹与内壁交点的矩阵解法，提高了运行效率；在暗室内壁的离散单元对入射 射线造成的场强进行矢量叠加，得到振子天线辐射源在暗室内壁的电场分布，从而确定了 各个墙面的主反射区分布，对n s a 指标进行了预测仿真。结果表明在发射天线水平和垂直 极化时，预测值均符合开阔测试场地( 0 a t s ) 理论值的“4 d b 准则”。文中还给出了选取 复合吸波材料时，覆盖率小于8 0 的吸波材料优化铺设方案。 在3 0 m h z 3 0 0 m h z 频段应用时域有限差分( f d t d ) 法。在学习f d t d 理论的基础上， 应用矩阵处理软件对暗室内电磁波的传播过程和天线对电磁信号收发过程进行了建模和仿 真。编制了三维空间对称振子天线的模拟等程序，并对n s a 预测所用的振子天线模型的仿 真结构、激励源等做了较详细的讨论；通过模拟导体板的反射，计算了室内的场强分布， 对铺设铁氧体吸波材料暗室的n s a 性能进行了探讨。 从其结果来看，n s a 预测性能曲线在该频段低端( 3 0 m h z 1 0 0 m h z 左右) 与理论值 之间差距的绝对值大于4 d b ，在其余大部分频率区间均符合o a t s 理论值的“4 d b 准则”， 并且在低端整体表现出随频率升高，预测值向可接受区间逐渐靠拢的趋势。整体看来，预 测结果还是较为理想的。由此反映出偶极振子天线模型在该频段大部建模与真实情况相符， 而在低端与实际尚有差距，有待改进或建立宽带天线的f d t d 模型。 与3 米法暗室和1 0 米法暗室相比，5 米法电波暗室在建设性价比、测试环境的场性能 水平等方面具有较明显的优势，是e m c 测试环境发展方向之一，目前尚无相应的标准。文 中讨论的n s a 预测方法对建设此新型暗室和提高实际性能均有一定的借鉴意义。 关键词：5 米法电波暗室；射线跟踪；归一化场地衰减 凝矮涛：5 米法电波磅室性熊颡测 p e r f o r m a n c ee v a l u a t i o no f a5 - m e t e ra n e c h o i cc h a m b e r a b s t r a c t 珏i sq u i t ee x p e n s i v et ob u i l da na n e c h o i cc h a m b e r , a n dw i t ha ni n t e g r a t e dc o n s i d e r a t i o no f c o s ta n dp e r f o r m a n c e i ti sn e c e s s a r yt oe v a l u a t ei t sp e r f o r m a n c eb e f o r et h ec o n s t m c f i o mn l c p a p e r a d o p t st h et h e o r i e so fe l e c t r o m a g n e t i cp r o p a g a t i o n , w a v er e f l e c t i o nt od i s c u s st h ep e r f o m m c e e v a l u a t i o nm e t h o do f an e w - t y p ee l e c t r o m a g n e t i cc o m p a t i b i l i t y ( e m c ) m e a s u r e m e me n v i r o n m e n t a 5 - m e t e r a n e c h o i e c h a m b e r i n t h e e n t i r e w o r k f r e q u e n c y b a n d s ( 3 0 姚1 0 0 0 舭) w i t h t h e f o c u so f i t sk e yp a r a m e t e r n o r m a l i z e ds i t ea t t e n u a t i o n ( n s a ) e v a l u a t i o n sa n da n a l y s e sw i t ht h e a p p l i c a t i o no f r a yt r a c i n gm e t h o da n df d t d m e t h o da tt h ec o r r e s p o n d i n gf r e q u e n c yb a n d s i ta p p l i e sr a yt r a c i n g 霍dm e t h o de n m b i n e dw i t ht h ed i s c r e t ef i 宅x l u e n c ys w e e p i n gm e t h o do f t u n a b l e d i p o l e a n t e n n a i n t h e f r e q u e n c y b a n d s o f 3 0 0 m h z 1 0 0 0 h 册k e m w a v e sa r er e g a r d e d a s as e r i a lo f r a d i a lb u n c h e sa n di n n e rw a l l sa n dt h ec e d i n go f t h ec h a m b e r 躺d i s c r e t ew i t h1 h i f o r m s i z eo f b a s es i z eo f t h e m de ma b s o r b e r s r e f l e c t i o nn u m b e rf o re a c hm yh a sb e e n a d d e dt o3 c o m p a r e dt ot h et r a d i t i o n a lc o u n to f 王a n da n e wm a t r i xs o l u t i o nt oc o m b i n e de q u a t i o n so f r a y s t r a c k sa n di n s i d e - w a l l s 协o b t a i nt h er e f l e c t i o np o i n t sh a sb e e na a o p t e dw h i c hg r e a t l ye n h a n c e dt h e o p e r a t i o ne f f i c i e n c y e l e c t r i cf i e l d ss t r e r e t h sa r eo v e r l a p p e di nv e c t o ra te a c hd i s c r e t eu n i to ft h e i n n e rw a l la n dt h e ni to b t a i n st h ee l e c t r i cf i e l dd i s t r i b u f i o n 。so f e a c hw a l lw i t har a d i a t i o ns o h 凇o f d o u b l e td i p o l ea n t e n n aw h i c hd e t e r m i n e sb a s i c a l l yt h em a i nr e f l e c t i o na r e a so f e a c hw a l l ，a n dt h e n t h ep a p e rf u r t h e a - e v a l u a t e dt h en o r m a l i z e d - s i t e - a t t e n u a t i o n ( n s a ) v a l u e 弱撼r e s u l ts h o w st h a t w h e nt h ea n t e n n ai si nb o t hv e r t i c a la n dh o r i z o n t a lp o l a r i z a t i o n , t h ep r e d i c t i o nv a l u e sc o m p l yw i t h 4 d br u l eo ft h et h e o r e t i c a lv a l u e so b t a i n e df r o mt h eo p e na r e at e s ts i t e ( o a t s ) n 撼t h e s i sa l s o o f f e r sal a y o u to f h y b r i d 鞠镰a b s o r b e r sw i t hac o v e r a g er a t i ol e s st h a n8 0 。, 4 。 i nf r e q u e n c y - b a n d so f3 0 m h z 3 0 0 m h z , f i n i t ed i m e n s i o nt i m e - d o m a i n ( f d t d ) m e t h o di s u s e dt oc a - - v o u tt h ee v a l u a t i o n 。a tt h ef o u n d a t i o no f s t u d y i n gt h ef d t d t h e o r y , t h ep a p e rm o d e l s a n ds i m u l a t e st h ep r o c e s so fe mw a v ep r o p a g a t i o na n di t st r a n s m i s s i o na n dr e c e i v i n gi nt h e a n t e l l n aw i t ht h ea p p l i c a t i o no fm a t r i xp r o c e s s i n gs o 孙h a r e t h es i m u l a t i o n p r o c e d u r eo f 3 - d i m e n s i o ns y m m e 砸cd i p o l ea n t e n n ah a sb e e nn l a k eu pa n dt h e nt h ep a p e rd i s e n s s e sd e t a i l e dt h e s i m u l a t i o nc o n s 咖c t i o no f t h ea n t e n n aa n dp r o m p ts o n l c e 如_ 】ci n d o o rf i e l ds t r e n g t hd i s t r i b u t i o n s a r ec a l c u l a t e dv i as i m u l a t i n gt h er e f l e c t i o no fc o n d u c t o rb o a r da n df t i r t h e ri td i s e n s s 。st h en s a e v a l u a t i o no f ac h a m b e re q u i p p e dw i t hf e r r i t er i f l e s s e e nf o r mp e r f o m m c ee v a l u a t i o nc u r v e so f n s a , i nt o ws e c t i o no fl o wf r e q u e n c yb a n d s ， a b o u t 3 0 征k 1 0 0 m 】 t h e d i f f e r e n c e b e t w e e ne v a l u a f i o n a n d t h e o r e t i c a l o n e s i s l a r g e r t h a n 4d b w t a i l et h ee v a l u a t i o na g r e e sw i t h4 d br u l eo f t h et h e o r e t i c a lv a l u e si no t h e rs e g m e n t so f t h el o w 珏* 大连理工大学硕士学位论文 f r e q u e n c yb a n d sa n di ti se v i d e n tt oo b s e r v ei t st e n d e n c yo f b e i n gc l o s et oa c c e p t a b l es e g m e n tw i t h t h er i s eo ft h ef r e q u e n c y n l er e s u l ti m p l i e st h a tt h em o d e lo ft h ed i p o l ea n t e n n aa g r e e sw i t ht h e r e a l t ya tm o s to f t h eb a n d sw i t hs o m ed i s p a r i t ya tl o ws e g m e n t , s oi ts h o u l db ei m p r o v e do rm o d e l l o gp e r i o d i cd i p o l ea n t e n n a ( l p d a ) i nf d t d c o m p a r e d w i t ht h et w op o p u l a rt y p e s ，3 - m e t e rc h a m b e ra n d1 0 - m e t e rc h a m b e r , t h e5 - m e t e r c h a m b e rh a sa d v a n t a g e si nt h ep d c e p e r f o r m a n c er a t i oo ft h ec h a m b e rf o u n d a t i o n , t e s t i n gf i e l d p e r f o r m a n c ea n ds oo n , t h e r e f o r ei ts t a n d sf o rd i r e c t i o nf o rc h a m b e r sd e v e l o p m e n t r n l ee v a l u a t i o n m e t h o d sd i s c u s s e di nt h et h e s i sa r es i g n i f i c a t i v et os o m ee x t e n tt ot h ec o n s t r u c t i o no ft h e5 - m e t e r a n e c h o i cc h a m b e ra n di m p r o v e m e n to f i t sd r a c 6 谢e a p a b i f i t y k e yw o r d s ：5 - m e t e ra n e c h o i cc h a m b e r ；r a y - t r a c i n g ：n o r m a l i z e ds i t ea t t e n u a t i o n 独创性说明 作者郑重声明：本硕士学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及 取得研究成采。尽我所知，除了文中特茄加殴舔注和致谢的地方乡 ，论文中不 包含旗他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得大连理工大学或者其 缝单位兹学徒或证书所使耀过的材粒。与我一潮工俸的目恚对本研究所敲静贡 献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：辎日期：兰! 笙缉 i l 大连理工大学硕士研究生学位论文 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解“大连理工大学硕士、博士学位论文版权使用规 定”，同意大连理工大学保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子版，允 许论文被查阅和借阅。本人授权大连理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有 关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文。 作者繇毒础啐 导师签名 肄 驾年鱼月4 曰 大连理工大学硕士学位论文 1 绪论 1 1 课题的意义 本学位论文研究的课题为5 米法电波暗室性能预测，属电磁兼容1 1 测试场地研究领域。 早期的c i s p r 标准要求电磁兼容方面的测试在开阔测试场地( o p e na _ r c at e s ts i t e ， o a t s ) 中进行，但这种方式有几个缺点：受气候的不可预测因素影响，无法全天候操作； 在如今电磁污染非常严重的情况下，要寻找一块其电磁环境电平低于e m c 标准限值的开阔 场地几乎是不可能的。电波暗室的出现解决了这一难题：暗室本身是一个全屏蔽的壳体， 具有良好的全反射地面，四周的墙壁和天花板均挂有吸波材料，将内、外两侧空间的电磁 场进行了隔离，所以在工作频段内电波暗室可对电磁波进行吸收，使房间基本保持无反射， 模拟开阔场的条件来测试仪器设备工作时对周围环境或设备的辐射影响，而不必花费大量 资金去建造和维护开阔场地。 在目前建成的暗室中，大部分是待测设备距接收天线距离为3 米的3 米法电波暗室和 距离为1 0 米的1 0 米法电波暗室。由于尺寸限制，3 米法只能对小型仪器设备进行检测；1 0 米法暗室尽管可以为大型的仪器设备诸如汽车、飞机等提供测试，但其动辄数百万美元的 建设成本成为限制其发展的一个主要因素。 近年来提出了一种新型的电磁兼容钡9 试场地一5 米法电波暗室1 2 j 。与3 米法暗室相比， 它不但可以进行全部3 米法的相关测试，而且由于其测试空间的增大，在较宽的频带内， 暗室性能得到显著提高，而建设成本( 标准造价约4 0 万美元) 仅比3 米法暗室( 标准造价 约3 0 万美元) 增加了3 0 左右。与l o 米法暗室相比，它完全可以提供大部分中型尺寸仪 器设备的检测，而建设费用仅是1 0 米法费用( 标准造价约1 2 0 万美元) 的1 3 。因此，5 米 法暗室具有对前两种暗室明显的性价比优势，是目前电磁兼容测试环境建设研究的热点之 。本文拟在暗室的性能预测方面做初步探索。 1 2 国内外研究现状 2 0 世纪五、六十年代，c rb u r r o w s 与h t 蹦i s 3 】提出自由空间中的场衰减公式【4 】， 经v c c ( v e 捌c o m m u n i c a t i o nc o m m i s s i o n , f c c ) 修正，加上4 7 d b 的地面反射系数修正因 子后定为场衰减验证标准。该数学式的理论背景在一传导性接地面上，以短小偶极天线为 激发源，使得在3 米距离所量得的电场值为1 0 0 p n m 时所需输入的功率值。此输入功率 是由测量的环境、天线的增益和阻抗所决定的，此方法的缺点在于会限制多数天线的使用， 因为一般商业用途的e m c 天线制造厂商，并未在天线出厂时附上增益与阻抗的参数。 靳顺涛：5 米法电波暗室性能预测 1 9 7 9 年，k a w a n a 与m i y a j i m a 根据发射天线以及接收天线彼此之间及和地面之间的反 射系数，提出另一个场衰减模型 5 - 6 ，但此方法仍有诸多限制，因为一般天线制造商并不会 提供天线彼此之间及和地面之间的反射系数给使用者，而且每一组天线的特性都有差异， 容易造成产品制造商与法规验证单位之间在测量上的纷争。 1 9 8 2 年a 丸s m i t h , 1 lf g e r m a n 和j b p a t e 三人提出了规一化场衰减模型1 7 j ，是利 用激励源的频率、发射天线与接收天线的天线因子以及最大接收电场值来决定场衰减量， 由于此方法将天线特性的关联性降低，使得验证更为正确，己获得各国际标准组织以及各 法规权责单位的采用。 1 9 8 4 年，s t lm i s h r a 和t j f p a v l a s c k 8 1 等用几何光学法对电波暗室的设计进行了分 析，计算了暗室内部电场场强的分布并给出了等值线，采用的天线为偶极子天线，固定在 电波暗室一端的墙面上，墙面上铺设尖劈形聚氨酯渗碳泡沫材料。文章还对暗室不同尺寸 以及铺设不同吸波材料情况下的暗室内部电场分布进行了分析。 1 9 9 4 年k a z u os h i m a d a , s h i f e mt a k c y a 【9 】等人对铺设有铁氧体吸波材料的电波暗室的归 一化场地衰减指标进行了计算，在测量吸波材料反射系数时考虑到了铁氧体瓦间缝隙的影 响。通过仔细地研究暗室中电波的各个反射路径( 包括电波在天线上产生的反射) ，对不 同暗室高度、不同极化方式下的计算结果与开阔场n s a 进行了比较分析。结果证明二者符 合得较好。 1 9 9 5 年，c h r i s t o p h e r l h o l l o w a y 和e d w a r d f k u e s t e r 1 0 】应用基于物理学光学理论的射 线跟踪法做对矩形暗室进行建模和性能预测，结果暗室的归一化场强值n s a 的理论结果和 测试结果吻合得很好，从而肯定了射线跟踪法在暗室建模中的作用。 1 3 本文研究内容及方法 本文提出了5 米法电波暗室全频段性能预测的方法，并通过一系列数值实验对其进行 了讨论和分析。 文章的研究内容主要是对电磁场的计算，依据计算所采用的理论分为高频法和数值法。 在5 米法电波暗室和开阔场地( 自由空间) 两种e m c 测试环境下，文章同时展开了对从建 模到预测的整个过程的理论推导。通过建立了辐射源( 天线) 和电磁环境模型，并将二者 相互作用，在测试的不同工作频段采用相应的处理方法( 射线跟踪法和时域有限差分法) 对暗室的关键性指标：归一化场地衰减n s a 进行了性能预测( 只有n s a 指标符合开阔测 试场地n s a 指标4 d b 准则的暗室才能用作o a t s 的替代场地进行e m c 测试) ，并讨论了 不同频段下暗室与开阔场地的特性之间的关系。 大连瑗工大学硪士学位论文 2 电磁兼容与电波暗室 2 。1 电磁兼容 电磁兼容( e l e c t r o m a g n e t i cc o m p a t i b i l i t y , e m c ) ，指“设备或系统在其电磁环境中能 正零王傣且不对该舔壤孛任僻凑物梅箴不 ；承受的电磁骚挽的戆力”，它是一门与电磁环 境相关的- - i 、- j 应用科学，主要以电气、电子科学理论为熬础，研究并解决备类电磁污染问题， 是一门综合性j 常强黥学科。 毕在2 0 激纪3 0 年代，国际上就开始了e m c 技术研究，有数个组织涉及这一领域，并 发布了一系列标准和规范性文件，并逐步加以宪善和改进 1 “。2 0 世纪4 0 年代，为了解决由 于飞机通信系统受到嘏磁干挽造成恶傲事故的闯题，美因开始系统鲍遴行e m c 豹研究，自 1 9 4 5 年起颁谁了一系列e m c 方面的簿用标准和设计规范，并不断加以充实和宠善，使得 e m c 技术进入新的阶段。7 0 年代大勰模集成憩路的赉现把人类带入了信息时我，入桶越来 越关波如何在复杂电磁环境中提高现代电子，电器设豁成系统的生存能力，以保证达到电 子系绕初始的设计强静，这样避一步键进了e m c 豹浚速发震。改共露予1 9 8 9 年5 月鞭布 了e m c 指令( 8 9 3 3 刚强c ) ，近十年来在国际上掀起了e m c 溪求法规化、e m c 标准图际 亿翁离灞。稀薄今天鹣技拳进步稳嚣 弋翥凌经济麓瑰实，e m c 技术已经形减了一秘产照， 并在圈家经济命脉中发挥着重疆的作用，创造着巨大的经济效菔，受到越来越多的关注。 鬻藩上懿程镶域典鳘静瓣际纽绥有：晷添毫工娄员会( i n t e r n a t i o n a le l e c t r ot e e h i f i e a t c o m m i s s i o n , i e c ) 和网际无线电干扰特别委员会( i n t e r n a t i o n a ls p e c i a lc o m m i t t e eo nr a d i o i n t e r f e r e n c e , c i s p r ) ，分别残立予1 9 0 4 年秘1 9 3 4 年，其鎏鹣避诞遂滚气、蕺予鞋及蠢关 技术领域的所有标准化问题及其他有关问题的技术合作。 e m c 测试场遗鄂嚣曩e m c 测试验主要臻壤，是撵舞e m c 设计、安验技本窳乎秽遴行 相关测试的场所，是目前e m c 研究的热点之。 2 。2 毫滋兼容测试内容鞠测试场缝 在e m c 澳4 试中，测试内容主要有电磁干扰和电磁敏感度溯4 试两大类。 嘏磁干扰( e l e c t r o m a g n e t i ci n t e r f e r e n c e ，e m i ) 漓试，像括传导予撬【l 】( c o n d u c t e d i n t e r f e r e n c e , e i ) 钡4 试和辐射干扰( r a d i a t e di n f e r e n c e ，m ) 测试：前者关注的是沿着导体传 播静魄磁干挽，居者羹g 关注趱遵空阕淤电磁波形式传播麴窀磁予撬。 电磁敏感度( e l e c t r o m a g n e t i cs u s c e p t i b i l i t y , e m s ) 测试，包括传导敏感度( c o n d u c t e d s u s c c 瓣b m t y ，e s ) 淫l 试；舞辖耱酸感蜜( r a d i a t e ds u s 嘲t i b i l i t y , r s ) 溪l 试；e s 凝究怼竣备、 麴嚷涛；5 米法电波暗室性能预测 分系统窝系统佳髓劣纯或不肇望蠢豹瘸应掰嚣夔蒋簿干撬邀乎懿瘦黧；r s 磷究露设备、分 系统和系统性能劣化或不希望有的响应所需豹辐射干扰电平的度量。 长期激来，国嚣上都怒鼓开溺溪l 凌场麴溅试数攥终鸯标准。开滴试验援戆基零绫掏应 该是周围空旷，无反射物体，地面为平坦丽导电率均匀的金属接地袭面( 如图2 1 所示) 。 臻缝接鼷黧形设诗，长度凳攥圜焦焱之竭趱离懿2 嵇，宽度必焦点之阑距饔黥始镑。铸测 设备( e q u i p m e n tu n d e r t e s t ，e u t ) 和天线分别放谶在椭圆的两个焦点上( 3 米、5 米和l o 米法电渡蹬室豹名橡帮派予越焦点之阕静鼷离) ，骚扰溪鬃纹教恣撩因癸。秀阑璐熬环境 嗓声越小越好，至少应比标准规定的e u t 骚扰限落l “j 氐6 d b 。但是现在恶劣的电磁环境使 别爨难找委l 这样缝渗鲍舞阙测试场，使测鬃数据不准，成为巷约开阙场地发展粒主鼗闻题。 餮2 ，1 舞瓣汤瓣试绣蒸本结构 f i g , 2 1b a s l es u x l c l l m o f o a t s 为了解决开黼场静矛蒋，其他测量环境逐渐发展起来。 屏蔽塞【l l j ( s c r e e n r o o m ) ；自提供环境电乎低而恒定的电磁环境，用予传导干扰和传 导敏感度测试。它为测量稽度的掇商、铡缀的可靠性和重笈往的改善带来了较大静盏处。 目前国内生产的屏蔽室的屏蔽效能【n 】在1 0 k z 1 0 g h z 频率范围内一般能大予1 0 0 d b 。但是 酿于e u t 在屏蔽纛中产奎豹干扰缩号通过屏蔽室静六个裸露墙面产生无瓣粥的漫蔽射，特 别是在辐射干扰和辐射抗扰度测试中表现较为严重，导致在屏蔽室内形成驻波而产生较大 豹溅量误麓。 ， 电波瞒室( a n e c h o i cc h a m b e r ) ：在结构上由屏蔽室和吸波材料两部分缀成，襁工程应 掰中又分全毫渡碴室( f u t y a n e c h o i cc h a m b e r , f a c ) 移半毫波蹯室( s e m ia n e c h o i cc h a m b e r , s a c ) 。f a c 六个内表面装有电磁波吸波材料，可充当标准天线的校准场地。s a c 建在室 内，玉蔼戆吸波零砉糕，避嚣麓金属反射嚣，主要摸羧开演溅试场戆，可鞋大大藏枣闲珐遮、 电磁环境因素对测试造成的影响。s a r 已被国内外标准认可，成为应用普遍的e m c 测试场 遗。 大连理工大学硕士学位论文 建造电波暗室的成本、难度均相当高，因为暗室工作频率的下限取决于暗室的宽度和 吸波材料的高度，而上限取决于暗室的长度和所允许静斟1 2 4 硼的最小截面积，所以在建造上 有一定的难度，且考虑到吸波材料的成本，电波暗室的造价一般较高。 由于开阔场、电波暗室的诸多局限，1 9 7 4 年美国国家标准局( n a t i o n a l b u r e a u o f s t a n d a r d s ， n b s ) 的专家首先系统地论述了横电磁波传输小室0 6 ( t r a n s v e r s ee l e c t r o m a g n e t i c t r a n s m i s s i o nc e l l ，t e mc e l l ) 。横电磁波传输小室的优点是结构简单：外形为上下两个对称 梯形，主要缺点是可用频率上限与可用空间存在矛盾一标准t e m 小室的测量尺寸大约限定 在设计的最小工作波长的四分之一范围。如果要进行1 g h z 频段的测试，测试腔尺寸要限定 在7 5 c m 左右，如果对小型计算机进行测试，测试腔高度至少有半米，即使加入一些侧壁 吸收材料，可用频率上限也不超过3 0 0 m h z 。 为了克服t e m 小室的缺点，1 9 8 7 年瑞士a b b 公司发明了g t e m 小室【1 6 】( g - i g a h e r t z t e m c e l l ，g t e m c e l l ) ，其外形为四棱锥形。g t e m 小室综合了开阔场、屏蔽室、t e m 小室的优 点，基本克服了各种方法的局限性，便于进行大部分辐射敏感度及发射试验。其频率范围 可覆盖0 1 8 g h z ，模拟入射平面波，可以产生强的场强而对周围的人员和设备没有危害和 干扰。不过，在目前其使用尚有争论，还没有列入标准测试方法中，一般用于e m c 预测试。 2 3 电波暗室 本论文题目是5 米法电波暗室的性能预测，下面着重对电波暗室的特点和性能展开论 述。 2 3 1 基本特征 作为开阔测试场地的替代场，电波暗室应符合开阔场地的基本特征旧： ( 1 ) 平坦、空旷、电导率均匀、良好，无任何反射物； ( 2 ) 椭圆形试验场地，长轴长是焦点之间距离的2 倍，短轴长是该距离的3 倍； ( 3 ) 测试场地由金属材料构建； ( 4 ) 应有转台和天线升降塔，便于全方位的天线升降和辐射发射测试； ( 5 ) 应有独立的接地和避雷系统，采用单点接地，接地电阻小于1q ； ( 6 ) 归一化场地衰减叫s a ) 应满足“4 d b 掸绷。 2 3 2 测试标准 电波暗室中进行的电磁兼容性测试主要有电磁干扰测试和电磁抗扰度测试两大类，其 中电磁干扰测试标准有： 赣颁涛：5 寒法电渡噻塞链瑟臻测 ( 1 ) a n s i c 6 3 4 - 1 9 9 2 ：( a m e r i e 磁a n a t i o n a l s u m d a r d f o r m e t h o 蠡o f m e a s u r e m e n t o f r a d i o - n o i s ee m i s s i o n sf r o ml o w - v o l t a g ee l e c t r i c a la n de l e c t r o n i ce q u i p m e n ti n t h e 瞬o f 9 k t i z t o 弱毯汪； ( 2 ) c i s p r2 2 1 9 9 7 ：i n f o r m a t i o nt e c h n o l o g ye q u i p m e n t r a d i o d i s t u r b a n c e c h a r a c t e r i s t i c s - l i m i t s a n d m e t h o d s o f m e 罄u r e m e n t s ) ) 。 ( 3 ) 我国标准：g b 9 2 5 4 1 9 8 8 ：信息技术设备的无线电骚扰限值和测量方法。 电磁抗扰度测试标醛有： ( 1 ) e n i e c6 1 0 0 0 - 4 - 3 ：e l e c t r o m a g n e t i cc o m p a t i b i l i t y ( e m c ) p a r t4 - 3 ：t e s t i n ga n d m e a s u r e m e n tt e c h n i q u e s - l i a t e a , r a d i o - f r e q u e n c y , e l e c t r o m a g n e t i cf i e l d i m m u n i t y t e s t 。 ( 2 ) 我国精代标准：g b t 1 7 6 2 6 3 1 9 9 8 电磁兼容试验和测量技术射频电磁场抗 撬度试验。 另外，由于电波暗室实质上就是加铺吸波材料的屏蔽璧，所以柱屏蔽性能方面电波暗 室落有稻圈的经髓装求。屏蔽室酶佟薄是麓鼗多 界瓣电磁予挽窝秃线电售警渡及 露麓室肉 测试信号的外泄，即起双向屏蔽作用，通常用屏蔽效能( s h i e l d i n ge f f e c t i v e n e s s ，s e ) 来表 餐漭菠室髅簸魏优劣，嚣试方法按g b l 2 1 9 0 - 9 0 褰稳驻霎蔽室羼薮效藐静测试方法遴牙。 其中，对于用作暗塞的屏蔽室，屏蔽性能娶求见袭2 1 。按照目前豳内设计安装水平，在 1 0 y d t z 1 0 g i - i z 痰，屏蔽效缝垮德予1 0 嘲，因藏文孛缓浚屏薮瞧鼹已经这裂测试装蒜豹 水平。 袭2 1 屏蔽室屏蔽性能要求 t a b 2 ，1s h i e l d i n ge f f e c t i v e n e s sr e q u i r e m e n ti ns c r e e n e dr o o m 2 4 电波暗室中的吸波材料 毫磁液壤蔹楗瓣安装亵孱菠蜜熬壤上以及天菇叛主，以减多表霆戆毫磁反射。疆兹有 三种常用的宽带电磁波吸收材料，根据其工作机理被区分为；吸收电场辐射的尖劈介质吸 渡楗料、吸收磁场疆射的铁氧傣残片i 美及兼颈嚣者优点豹复会型吸渡材烀1 蚍”。 一6 一 大琏理工大学硕士学位论文 2 4 1 尖劈余质吸波材料 尖劈介质吸波材料工作频段为0 2 g h z 4 0 g h z ，常用聚氯醋泡沫塑料在碳胶溶液中渗 透i 嚣成，其蠢较好的阻燃特性。为使其波佟输阻抗尽可能与周围空气奔厦的辍撬裙溪醒， 尖劈介质被制成棱锥状、圆锥状或楔形，如图2 2 和图2 r 3 所示。尖劈介质锥体的长度与其 吸收的电磁波频率商关，欲吸收的电醛波频率愈低，锥体的长度愈长。如果锥体太长，暗 室的钡l 试空间将大大减小。 图2 。2 较锥型吸波材料 f i g2 2p y r a r r a de m w a v ea b s o r b e r 爨2 3 锲戳嗽渡材嚣 f i g2 3w c d g ee mw a v ea b s o r b e r 2 4 2 铁氧体瓦片暇渡材 萼 铁氧体吸波材料主要是通过与电磁波的磁场植曩作用采吸收其能量2 甜，内于在金属表 面的磁场最强，因此可以充分发挥金属屏蔽室墙壁的优势。它具有频带宽( o 0 3 g h z 1 0 g h z ) 、厚度小、吸收效率离的特j | ! ! ，是较理想的吸波材料，适用于建造工作频率较低， 较紧凑的电波略室。 圈2 4 铁氧体碾波材料 f i g 2 4f e r r i t et i l ee m w a v ea b s o r b e r 靳颁涛；5 米法逛渡碴室瞧能颈测 2 4 3 复合吸波材料 铁氧体啜渡 孝辩主要啜浚低颓露鬣波，褥尖骛介蕨吸波褥辩对离频段电磁滚静啜浚麓 力较强，把它们制成复合吸波材料，就可展宽频率，也能减少尺寸，达到提简性能的目的。 复合鳖蔽波耪辩豹锯梅冤蚕2 5 。在嶷劈矮璇，渡阻抗与空气余震豹辫抗穗圈，改善瑟波魄。 过渡层内混合不同比例的碳石墨或铁氧体，蠼终达到使电磁波衰减的目的2 3 1 。 辫2 5 复合踱波耪辩 磁2 5h y b n ae m # 口a b s o r b e r 本文在5 米法暗室酶设诗中，暗室肉壁及天花馥上铺设酌裁是这释菱台鍪吸渡誊季鞫。 为增加设计的可行性，结合嗣前市场上吸波材料的实际情况，确定具体性能参数如下：材 辩黧号为i p 0 9 0 b l ( 酲本t d k 公司生产) ，底窿趸寸：6 0 c m x 6 0 c m ；嵩凄；尖劈6 6 0 4 c m ， 过渡层5 4 c m ，铁飘体材料0 6 c m ；面密度：4 k g c m 2 ，可以完全贴附于暗室的钢性墙体表 露；有效王律频段为3 0 m h z 4 0 g h z ，蒡虽该毒手料豹赢痿嚣获适中，程彦中睡室内夔熬离 散化单元面积即耿于此。 2 55 采法暗室麓其他暗室的 艺较 对很多产品来说，5 米法暗室在较宽频磺范围内鄹比3 米法暗室优越，因为其测试空间 更大，由暗室墙壁起的反射较小，所以更捞符合l 鲐化场地的衰减簧求。通常5 米法对 l o 米法的换算修正关系闭较之3 米法对l o 米法的换算修正关系更优越。5 米法暗室在技术 上e 较优越，费餍怒经济的。现行标准中的菜些簸俊在敷盾将被指翻允许采瘸5 米法暗室 进行测试。 2 5 1 尺寸 e 较 标准3 米法跨嶷鲍尺 寸必9 m x 6 m x 6 m ，标准1 0 米法醛塞尺寸为1 9 m x l 2 m 9 m ，本文 设计的5 米法暗室尺寸为1 3 m x 8 m x 6 m ，因此3 米法暗室约需地板面积为5 4 m 2 ，5 米法暗室 屏蔽塞钢板 大连理王大学硕士擎整论文 多数3 米法涪室采瑙童径隽i m 酶转台，这簸限稍了符灞产赫静尺寸；5 米法暗室掇采 用直径为2 m 的转台，娥然它可对更大的产品或系统进行测试；对于很大的产品，1 0 米法 有更大豹转台，较必普遍静是壹经力3 m 蓑4 m 豹转台。 2 ，5 2j 黩场技术影响 在5 米法暗黛内天线与待测设备的距离比3 米法又远了2m ，因此在很多重要频率点上， 5 米法暗室天线整远场特性。在6 0 m h z 时一个波长是5 m ，如果按距源点大于1 个波长处作 为远场盼定义，霹u 在5 米法暗室中所有6 0 m h z 以上的澳l 试都为远场预试，而在3 米法暗寰 中，只有l o o 础以上的测试才能算作远场测试。 2 5 3 赘用比较 5 米法毖3 张法嚣要增热5 0 魏建筑空闯，建设造价仪毙3 米法暗室楚约1 5 ；5 米法 暗室费用大约为l o 米法暗室费用( 标准价为1 2 0 万美元) 的三分之一。胜然，5 米法暗室 建筑要比l o 米法碴室建筑小很多，所以可进一步降低建筑费用。 综上所述，5 米法电波暗室程测试性能上是优越的，建设造价更可按照，因诧该暗室的 性价比较高。作为一种新型e a 碱测试环境，将会迎来其迅速发展。 鞒顺涛：5 米法电渡暗寨性能预测 3 射线跟踪法在5 米法暗室“高频段”性靛预测中的应用 电磁波的传播由m a x w e l l 方程描述。当电波暗室工作在靖室工作频带的高频段 ( 3 0 0 m h z 1 0 0 0 m h z ，非电磁波谱划分定义中的高频段) 时，仪器设备的尺寸普遍大于室 内电磁波的波长，阂诧可戳幂i 焉凡何光学的反射舔毽将待溪l 设备辐射出的电磁渡褫为类似 于光线的射线进行处理。 3 1 射线跟踪法 射线跟踪法网茂基本愿恕是将从源点辐射出斡邀磁波纛终一系赠袈线慕，在各罄独立 的射线管内传播，对每一条射线的传播进行追踪，直到射线到达目标点或射线发生反射或 叛魅瓣次数达至l 某一阉蕉。在这过程中诗葵出射线在基标焱造成麴臻强以及本身场强约变 化，在求得所有到达场点的射线后，采用矢量叠加法得出辐射源的影响。 射线躐踪过程毽括两个方面的内客：射线轨迹媳确定以及反射场场强的诗算。本节