微波暗箱反射率电平分析测量

1 概述

无线电工程师极力寻求一个无线电引信辐射的电磁波，它可以自由地向四面八方辐射而没有任何反射干扰，换句话说，就是极力寻求一个在实验室条件下，能够提供一个为无线电引信工作的自由空间。

无回波吸收室的出现 满足了这类工程研究的需要。这类无回波吸收室是指用无线电波吸收材料构成内壁的房间。利用这种特殊的墙壁使得入射的电磁波被最大限度的吸收，最小限度的反射，并且在室内的某一部分空间能构成一个接近"自由空间条件"的无回波区域。

无回波吸收室用途是相当广泛的，几乎所有的无线电参数的测试工作都可在无回波吸收室内进行，比如天线特性测试、雷达截面测试、整机系统灵敏度测试等各种各样的模拟试验，各种飞机、导弹、人造卫星上的无线电设备也都可以在无回波吸收室内进行综合试验。

2 吸收材料的性能分析

无回波吸收材料，顾名思义，就是用来吸收电磁波能量的，像黑色颜料吸收光线一样。在通常情况下，要产生明显的吸收作用，吸收体至少需要有1/4波长的厚度。

吸收体的吸收性能可以这样理解，当一个电磁波碰到某物体表面时，电磁波的一部分能量要被反射回去，一部分能量要穿过边界传到第二媒介里，这些进入物质表面的电磁波通过各种途径穿透媒介并在物质表面的另一边变成辐射能，电磁波的强度变弱了；而没有穿透过去的那部分电磁波能量就被吸收了。因此要达到理想吸收电磁波，首先，吸收材料应能尽量使入射到材料表面的电磁波透入，即进入到吸收材料里边去，使电磁波反射达到最小。其次，若使电磁波全部进入吸收材料内，要求电磁波入射线要垂直吸收材料的表面。再次，透入到吸收材料里的电磁波能量应能有效地把入射的电磁能量全部吸收。由此可见，暗室的性能（如反射率电平的大小）关键取决于所使用的吸收材料，通常所使用的吸收材料为角锥状，其形状如图（1）：

如果采用角锥型吸收材料，则电磁波无论是以何种极化（平行极化或垂直极化）入射到吸收材料上，总是有两个面处于平行极化的斜入射状态，另外两个面则处于垂直极化状态。在斜入射状态情况下，垂直极化的界面反射一般都比平行极化大。

在两种极化都存在的情况下，总体的反射系数在仅有平行极化与垂直极化的反射系数之间，并且比较接近于垂直极化。

电磁波在界面上的反射，根据有关文献［1］，在斜入射情况下，其特性阻抗为：

其中θi为入射角，θt为波在介质中的折射角，η是受射介质的特性阻抗，η0是空气特性阻抗。一般情况下空气特性阻抗为入射介质的特性阻抗。

两种极化的电磁波在不同入射角的界面反射系数如图（2）所示，假定吸收材料。

由此可见，垂直极化波的界面反射系数总是随入射角的增加而增大。而平行极化波的界面反射系数却是先随入射角的增加而减小，并且可较垂直入射时小得多。然后再随入射角的增大而增大。除了小入射角和接近于 90°入射角的情况外，大多数情况下，平行极化波的界面反射都远较垂直极化波的小。

3 小圆柱形微波暗箱的静区分析

一般而言，暗室的电性能主要由静区的特性来表证，静区的特性又以静区的大小、静区内的反射率电平、交叉极化度、场均匀性、路经损耗、工作频率范围及固有雷达截面参数来表述。

所谓静区是指暗室内受各种杂散波干扰最小的区域。它的大小除了与暗室几何形状、工作频率、吸收材料的电性能有关外，还与所要求的反射率电平、静区的形状及暗室的结构有关。对于小圆柱形暗箱，由于其结构对称、内壁铺设相同的吸收材料，静区呈柱状，轴线与暗箱的轴线一致，它的直径满足下式：

式中：λ--波长，R--收发天线的距离。在静区内的反射率电平，可以用下式描述：

其中：ED为小圆柱形暗箱轴线方向的入射场；

ER为由反射、绕射和散射在测量点合成的等效反射场。

小圆柱形暗箱内任意一点反射率电平的大小是随着工作频率变化而变化，为了准确地检测出反射率电平，必须先明确以下几点：

（1） 把接收天线纵向移动（沿圆柱轴线），如果接收信号强度随着1/R 变化［2］（R为收发天线间的距离），表明圆柱形暗箱测试满足远场区测量条件。如果接收信号以半波长为周期振荡变化，表明天线之间耦合较强。如果振荡周期大于λ/2，表明存在多路经反射信号。

（2） 在待测点端面处，上下左右移动，或沿轴线纵向移动以探测场强是否均匀，如果接收电平起伏优于0.25dB，且上下基本对称，表明满足入射场锥削幅度要求。

4 利用空间驻波法检验小圆柱形微波暗箱的反射率电平

从物理上讲，沿暗箱轴线横向或上下移动无方向性探头天线，测量空间驻波曲线，根据驻波曲线的极大值和极小值Emax（dB）、Em