文章目錄

• 微波暗室設(shè)計方案
• 如何判斷微波暗室的性能
• • 電波暗室的電性能指標(biāo)
  • 電波暗室性能指標(biāo)
  • 天線測量的誤差

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微波暗室設(shè)計方案

微波暗室的設(shè)計主要涉及到暗室的尺寸、房間的結(jié)構(gòu)、吸波材料的選取、靜區(qū)的大小、電磁屏蔽等方面的關(guān)鍵技術(shù)。

反射率電平反映的是微波暗室的測量精度，同時它也表征著天線方向圖的測量電平誤差。對于反射率電平的評估方法，目前公認的最常用的有兩種：天線方向圖比較法(Antenna Pattern Comparison，APC)和自由空間電壓駐波比法(Voltage Standing Wave Ratio．VSWR)

對微波暗室天線近場測量系統(tǒng)的研究，最大的難點在于如何降低波導(dǎo)探頭處的反射波對測量產(chǎn)生的干擾，為此提出了多種抑制測量干擾的方法，并對近場——遠場轉(zhuǎn)換這個過程給出了很多改進的方案，使得近場測量結(jié)果更加精確。

微波暗室的測量分為近場測量和遠場測量兩種。二者的區(qū)別在于源天線和被測天線的距離不同，被測天線所處場區(qū)不同。在緊鄰天線輻射的空間里，存在三種不同類型的場區(qū)。根據(jù)特性的不同可劃分為感應(yīng)近場區(qū)、輻射近場區(qū)和輻射遠場區(qū)。感應(yīng)近場區(qū)是在緊鄰天線的空間中，以場源為中心，三個波長范圍內(nèi)的區(qū)域。感應(yīng)近場區(qū)是非輻射場，此區(qū)域的電磁場沒有做功，接收天線在此區(qū)域會產(chǎn)生電容、電感耦合，因此不能用于天線的測量。感應(yīng)近場區(qū)向外是輻射場區(qū)，其中距離場源3～10個波長的區(qū)域為輻射近場區(qū)，10個波長以上的區(qū)域為輻射遠場區(qū)。天線的近場測量和遠場測量就是分別在輻射近場區(qū)和輻射遠場區(qū)進行的。

微波暗室設(shè)計的過程中，暗室的大小應(yīng)滿足被測天線處在源天線遠場輻射區(qū)內(nèi)，才能滿足遠場測量的條件。同時，擺放被測天線的位置需要架設(shè)一個能轉(zhuǎn)動被測天線方向角和俯仰角的轉(zhuǎn)臺，用于遠場測量。

微波暗室在設(shè)計過程中要搭建遠場和近場兩種測量系統(tǒng)，遠場測量系統(tǒng)需要架設(shè)轉(zhuǎn)臺，近場測量系統(tǒng)需要架設(shè)掃描架。

傳輸頻段不僅影響暗室的結(jié)構(gòu)大小，在暗室鋪設(shè)吸波材料的選取上，也要考慮被測設(shè)備的工作頻段。吸波材料是指能吸收投射到它表面的電磁波能量，并通
過材料的介質(zhì)損耗使電磁波能量轉(zhuǎn)化為熱能或其他形式的能量。材料吸收電磁波的基本條件是：電磁波入射到材料上時，能盡可能不反射而最大限度的進入材料內(nèi)部；進入材料內(nèi)的電磁波能迅速的盡可能衰減掉。

吸波材料作為微波暗室的重要組成部分，主要用來減少甚至消除源天線發(fā)射的電磁信號發(fā)射到墻壁和障礙物時產(chǎn)生的反射和散射。吸波材料的吸波性能、形狀、厚度、材質(zhì)等對微波暗室的性能好壞有很大影響。吸波材料的吸收率越高，微波暗室的靜區(qū)就越接近自由空間，暗室的測量效果就越好。
吸波材料的吸波能力要求與微波暗室靜區(qū)反射率電平要求有關(guān)，反射率電平越低，就要求吸波材料吸波能力越強。吸波材料的吸波能力表現(xiàn)為吸波材料的反射損耗，反射損耗與吸波材料的厚度與波長之比有關(guān)，比值越大，反射損耗越大，吸波性能越好。在選取微波暗室吸波材料時只要滿足最低頻率的要求即可。因此吸波材料選取時要滿足0．5GHz頻率的電磁波的吸波要求。

微波暗室的主要參數(shù)指標(biāo)有5個，屏蔽效能、靜區(qū)反射率電平、交叉極化度、場幅度均勻性和多路徑損耗。其中屏蔽效能反映的是微波暗室對外界信號屏蔽的能力，保證暗室內(nèi)有良好的靜空環(huán)境，能很好地模擬自由空間測試環(huán)境。另外四個參數(shù)則反映的是微波暗室靜區(qū)的性能，保證測量結(jié)果的精確性。

屏蔽效能指的是沒有屏蔽體時接收到的信號值與屏蔽體內(nèi)接收到的信號值的比值，即發(fā)射天線與接收天線之間存在屏蔽體以后所造成的插入損耗。

屏蔽的目的有兩個：①是限制內(nèi)部的電磁能輻射出去；②是防止外來的輻射波進入某一區(qū)域。屏蔽效果的好壞不僅與屏蔽材料的性能有關(guān)，也與輻射頻率、屏蔽殼體與輻射源的距離同殼體上可能存在的各種不連續(xù)的形狀和數(shù)量有關(guān)。在屏蔽設(shè)計時，首先應(yīng)該了解屏蔽區(qū)域屏蔽前的場強，以及屏蔽后允許的場強是多少，兩者的差值即為所需屏蔽效能。
屏蔽效能主要反映微波暗室對外界信號屏蔽的能力，屏蔽效能好的微波暗室，外界的信號不會進入暗室影響測試的結(jié)果，使得暗室內(nèi)有良好的靜空環(huán)境，能很好地模擬自由空間測試環(huán)境。暗室的屏蔽效果的好壞不僅與屏蔽材料的性能有關(guān)，更主要的是與殼體上可能存在的各種不連續(xù)的形狀和孔洞有關(guān)，例如屏蔽材料間的焊縫、暗室的通風(fēng)窗、屏蔽門、暗室的濾波器等。
屏蔽效能是輻射的射頻電磁能量試圖通過一個屏障時所遭受到的總的衰減值。如圖2．4所示，電磁波在穿過屏蔽體時由于能量損耗會發(fā)生衰減，能量損耗分為兩部分：反射損耗和吸收損耗。電磁波在通過屏蔽體第一邊界時在屏蔽體表面會反射掉一部分電磁波能量，稱為表面反射損耗；而進入屏蔽體內(nèi)部的電磁波一部分會被屏蔽體吸收，稱為吸收損耗；經(jīng)過吸收損耗后，剩余的電磁波在穿過第二邊界的過程中同樣會出現(xiàn)反射，一部分電磁波會在屏蔽體兩邊界間不停反射，直到被屏蔽體吸收。

靜區(qū)是指微波暗室內(nèi)受雜散波干擾最小，電磁信號和電磁背景雜波均能滿足被測設(shè)備性能測試的空間區(qū)域。靜區(qū)大小的影響因素有很多，取決于微波暗室的結(jié)構(gòu)大小、微波暗室的工作頻率和吸波材料的電性能。對于形狀規(guī)格、結(jié)構(gòu)對稱、吸波材料唯一的微波暗室，靜區(qū)的形狀一般為柱狀，并處在暗室的中間位置。在測量天線的方向圖時，滿足遠場測試條件的區(qū)域被成為靜區(qū)。一般靜區(qū)直徑的要求為大于等于待測天線的直徑。

交叉極化度是在收發(fā)天線之間，電磁波在水平和垂直兩個極化方向強度的隔離程度。交叉極化指標(biāo)與收發(fā)天線本身的極化隔離度、吸收材料對不同的極化方向是否一致以及吸收材料吸收性能指標(biāo)高低等因素有關(guān)。由于暗室形狀不規(guī)格、結(jié)構(gòu)不嚴格對稱、吸波材料對不同極化方向的波吸收不一致，導(dǎo)致電磁波在暗室傳播過程中出現(xiàn)極化方向偏轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。對于交叉極化度的要求主要是保證發(fā)射天線自身極化隔離度足夠，使水平極化和垂直極化兩個方向上的測量結(jié)果互不影響。交叉極化度的要求是收發(fā)天線極化面相互正交時，所測場強之Lgd,于-25dB。

場幅度均勻性指的是規(guī)定區(qū)域內(nèi)測試信號電磁場強度和相位分布的一致性。微波暗室中駐波場幅度起伏使得靜區(qū)內(nèi)的場幅度均勻性發(fā)生變化。場幅度均勻性反映的是被測天線周圍的場均勻程度，它關(guān)系到測試結(jié)果的有效性。如果場幅度均勻性出現(xiàn)問題，在水平方向旋轉(zhuǎn)被測天線進行遠場測量時，從不同方向接收到的電磁波就會出現(xiàn)一定的波動，待測天線口面上入射場幅度不均勻，使得天線方向圖的副瓣測量出現(xiàn)誤差，造成增益實測值減小，測得的天線方向圖就會起伏不定，影響天線性能分析。

多路徑損耗指的是以來波方向為軸旋轉(zhuǎn)待測天線，接收信號強度的起伏程度。多路徑損耗均勻性是靜區(qū)反射電平在收發(fā)天線繞暗室縱軸同步旋轉(zhuǎn)時的反映。以收發(fā)天線為參照系，收發(fā)天線(接收天線處于暗室靜區(qū)中心)繞暗室縱軸同步旋轉(zhuǎn)時則暗室內(nèi)的主反射面在變化。此時，各位置反射能量對直射能量的擾動即為暗室靜區(qū)多路徑損耗均勻性。由于微波暗室內(nèi)幾何結(jié)構(gòu)的不對稱，吸波材料性能不一致以及安裝不當(dāng)?shù)雀鞣N原因，導(dǎo)致電磁波在暗室內(nèi)傳播時多路徑損耗不均勻，造成極化面發(fā)生旋轉(zhuǎn)，對圓極化或橢圓極化的測量結(jié)果產(chǎn)生影響。多路徑損耗是確保被測天線處在不同的接收角度時，接收到的信號強度能夠保持一致，保證天線在各個角度測量得到的結(jié)果不出現(xiàn)偏差。路徑損耗不均勻會使電磁波的極化面旋轉(zhuǎn)，如果以來波方向為軸旋轉(zhuǎn)待測天線，接收信號起伏不超過±0.25dB，則可忽略多路徑損耗。

吸波材料要有良好的匹配特性和衰減特性：匹配特性是指入射波最大限度地進入材料內(nèi)部而不在其前表面上反射，入射波的頻率與吸波材料的工作頻率相匹配；衰減特性是指進入材料內(nèi)部的電磁波能迅速地被材料吸收。
吸波材料主要用于微波暗室的天花板、四周墻壁和地面的安裝和鋪放，從而為天線測試所需的靜區(qū)空間提供保障條件。

對于吸波材料電性能要求，要根據(jù)靜區(qū)性能要求設(shè)計和選取吸波材料。

屏蔽效能評估方法及過程

由于微波暗室的屏蔽殼體并不是完全密封的，在屏蔽材料上存在的各種不連續(xù)的形狀和孔洞有關(guān)，例如屏蔽材料間的焊縫、暗室的通風(fēng)窗、屏蔽門、暗室的濾波器等。對微波暗室的屏蔽效能進行評估，一是為了評估屏蔽材料屏蔽信號進出的能力，二是為了測量屏蔽材料間的這些縫隙和孔洞處的屏蔽效能是否滿足微波暗室的要求。
要評估屏蔽效能，就要分別得到電磁波沒有屏蔽時的傳輸損耗和有屏蔽時的電磁損耗，根據(jù)二者的差值計算屏蔽效能。搭建如圖3.1a)所示鏈路，測量沒有屏蔽時的傳輸損耗。信號發(fā)生器產(chǎn)生的電信號在0.5GHz-6GHz范圍內(nèi)，從0．5GHz開始，每隔0．5GHz作為一個采樣頻點分別進行測量。功率放大器將信號放大30dB，發(fā)射天線選取標(biāo)準喇叭天線，由測量頻點決定選取天線的頻率。接收天線采用與發(fā)射天線頻率相同的波導(dǎo)探頭，二者之間距離d=2m。在測量有屏蔽時的傳輸損耗時，將接收天線和頻譜分析儀放入微波暗室，信號發(fā)生器產(chǎn)生的電信號強度、功率放大器、選取的天線以及天線之間的距離不變。a)中加入30dB的衰減器保護頻譜分析儀，在計算屏蔽效能的時候要加上衰減器的衰減，頻譜分析儀記錄接收天線接收的信號強度。比較加入屏蔽前后兩次傳輸損耗的測量結(jié)果。

如何判斷微波暗室的性能

電波暗室的電性能指標(biāo)

通常用靜區(qū)，反射率電平，交叉極化度，多路徑損耗，幅度均勻性和工作頻率等六項指標(biāo)來表示。

1、交叉極化度：由于暗室結(jié)構(gòu)的不嚴格對稱、吸波材料對各種極化波吸收的不一致性以及暗室測試系統(tǒng)等因素使電波在暗室傳播過程中產(chǎn)生極化不純的現(xiàn)象。如果待測試天線與發(fā)射天線的極化面正交和平行時，所測試場強之比小于-25dB，就認為交叉極化度滿足要求。

2、多路徑損耗：路徑損耗不均勻會使電磁波的極化面旋轉(zhuǎn)，如果以來波方向旋轉(zhuǎn)待測試天線，接收信號的起伏不超過±0.25dB，就可忽略多路徑損耗。

3、場均勻性：在暗室靜區(qū)，沿軸移動待測試天線，要求起伏不超±2dB；在靜區(qū)的截面上，橫向和上下移動待測天線，要求接收信號起伏不超過±0.25dB。

電波暗室性能指標(biāo)

在利用光線發(fā)射法和能量物理法對暗室性能進行仿真計算時，需要考慮電波的傳輸去耦，極化去耦，標(biāo)準天線的方向圖因素，吸波材料本身的垂直入射性能和斜入射性能，多次反射等影響。但在實際的工程設(shè)計過程中，往往以吸波材料的性能作為暗室性能的關(guān)鍵決定因素。

天線測量的誤差

1、有限測試距離所引起的誤差。
設(shè)待測的是平面天線，接收的來波沿其主波束的軸向。若測試距離大小，由待測天線之不同部位所接受的場不能相同，因此具有平方根律相位差。若待測天線恰位于源天線遠場區(qū)的邊界2D2/λ，其口徑邊緣與相位中心的場存在22.5度的相位差.若測試距離加倍，在相位差減半。對于測量中等旁瓣電平的天線，距離2D2/λ通常已經(jīng)足夠，測出的增益約偏小0.06dB。測試距離縮短會使測量誤差迅速增大，旁瓣會與主波束合并成肩臺式，甚至合為一體。通常0.25dB的錐銷使測出的增益降低約為0.1dB，并造成近旁瓣的些許誤差。
2、反射。
直射波受從周圍物體反射的干涉，在測試區(qū)域形成場的變化，由于該波波程差作為位置的函數(shù)而迅速變化，使起伏的長度屬于波長的數(shù)量級。例如比直射波低20dB的反射波，可引起-0.92～+0.83dB的功率誤差，具體取決于兩種之間的差異；相位測量的誤差范圍為±5.7°，但若反射波的場比直射波低40dB，則側(cè)出的幅度與相位分別僅有±0.09與±0.6°的誤差。反射在低旁瓣的測量中特別有害。一項很小的反射通過主瓣耦合到待測天線，可以完全掩蓋住耦合到旁瓣的直射波。如果相耦合的直射和反射波強度相等，則測出的旁瓣電平會抬高6dB左右，或者在測得的波瓣圖中成為零點。
3、其他誤差。
還可能導(dǎo)致天線測量產(chǎn)生誤差的因素有：低頻時與電抗近場的耦合可能比較顯著；測量天線的對準誤差；其他干擾信號；測試電纜所引起的誤差等。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的微波暗室设计的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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