微波暗室低频三维电磁特性分析

有效的方法就是建立各种不同类型吸波材料的标准数据库，如角锥材料、楔型材料、复合材料（如角锥背面复合铁氧体瓦）、吸波地板材料等。每种类型材料都有不同尺寸，如角锥材料有从5厘米高到2.4米的高度，对UHF和VHF频段有更高的高度，典型的有0.9~2.4米。把材料的负载特性输入并储存在数据库内，这是基于整个频段材料特性ε′（f）、ε″（f）、μ′（f）、μ″（f）的测量而来的。材料的精确特性是用于模拟的最重要的参数之一。

图1 a 暗室设计的等距线观察图 b 吸波材料在地板上的布局

图1中给出一个典型暗室设计案例，吸波材料的布局包括不同类型不同级别的材料，暗室尺寸：H=6m、W=6m、L=10m,工作频率低至150MHz.地面包括安置在对角线上"镜像区"的龟背突起，在地面远端可用低档次角锥和楔状材料。转台系统是用玻璃钢纤维塔支撑DUT,走道材料也表示在布局中，当然对它们都要进行模拟。

四 吸波材料的布局和等级品质的最佳选择

此处讨论了吸波材料的布局和等级品质对测试区性能的效应，假设暗室布局与前述类似，测试区性能和比较是在两种情况下进行的。即接收端墙（暗室主墙）和"龟背突起"部分分别布设0.9米或1.2米高角锥吸波材料，测试区的场强以等值线形式在测试区中心切面表示的，仔细观察明显看出场强b状况比a状况更均匀，也就是说用1.2米高角锥更优越。也可以看出侧墙的反射（相应H面入射）比地面或顶棚反射（相应E面入射）要大，故产生在测试区的场分布形成椭圆型。

a 用0.9米角锥吸波材料

b 用1.2米角锥吸波材料

图2 以测试区中心点归算的测试区的场轨迹.

五 源天线与DUT距离对测试区性能的效应

对VHF和UHF频段来说，源天线和DUT之间的间距是一个重要的参数，它能强烈影响测试区的性能。众所周知，对微波频率（>2GHz）大入射角，譬如 65度，吸波材料的吸波性能也相当好。但对VHF和UHF频段在较大的入射角时吸波性能大大恶化。图3所示是收发天线不同间距时的暗室测试区场强等值线。

a 间距3米

b 间距6米

图3 以源天线与DUT间距为参数测试区场轨迹图

3米间距对侧墙、地板和天花板的入射角近似27度。

6米间距对侧墙、地板和天花板的入射角近似45度。

可以明显看出间距会导致不期望不要求的测试区横截面的场扰动，在测试区中心很小的地方电波场结构表现不稳定，这可导致频率速变，结果就是在测试区难以控制场的均匀性。

六 源天线波束宽度对测试区性能的效应

在设计暗室时另一个重要参数就是源天线的波束宽度。如前所述，暗室内H面的反射本征上就比E面大，能够减少源天线波束宽度来改进本来就不太大的反射。然而如果太大减少波束宽度会导致幅度锥削变大和减小测试区尺寸，对VHF和UHF频段来说减少波束宽度也不太容易，因为这需要增加源天线的尺寸，这对暗室是不实际的。源天线的最佳选择比暗室结构更重要，因而说电磁仿真是一很重要的工具。

图4 对数周期振子源天线H面方向图

a 单对数周期阵子天线 3dB BW=106°

b 双对数周期振子天线 3dB BW=73°

图4中表明了仿真实例，单对数周期振子天线和间距为半波长、双对数周期振子天线源天线所形成的测试区场等值线图和它们的差别。观察图5的等值线图可以看出双对数周期天线阵产生比较均匀的场，显示出场接近圆对称的轨迹线。

a 单队数周期振子天线，3dB BW=106°

b 双对数周期振子天线，3dB BW=73°

图5 用不同源天线获得的测试区的场轨迹图

七 转台等设备对测试区性能的效应

图6 计入转台、走道和玻璃钢纤维塔后的测试区场强图

在任何暗室内转台和走道吸波材料对操作人员接近DUT都是必须的，结果就是由于它们相当近接近测试区，就会引起不需要的和不可控制的测试区场扰动，尤其是在低频段它们在测试区内的效应通常难以或无法估算。电磁三维计算仿真就是能够事先计入和估算它们对测试区影响的工具。图6就表示出转台和支撑DUT的玻璃钢纤维塔是如何影响测试区性能的。明显的是场可能丧失最重要的对称性和造成场的峰值（或测试区的中心）向上移动甚至于到DUT位置之上。当然在转台系统上装上吸波材料可以减小这些效应。

八 结论

对于低频段VHF和UHF的三维电磁分析系统是用时域软件完成的，引入以前所用过分析方法的足够多的优点就是能获得相当准确的测试区的特性。就能做出比较好的性价比和设计高性能的暗室。可以被评价的性能因素有：