苏州莱瑞测信息科技有限公司

应用隐身技术到EMC试验暗室的设计中

   2017-12-11 电磁干扰与兼容2201
本文导读:任何一个电波暗室通过比较都可以看出,它们似乎都拥有着相同的基本设计,都是长的具有六个平面的长方体,其中有五个面都覆盖着一样的射频吸波材料。然而当进行射频抗干扰测试时,电波暗室的性能很大程度上取决于其中

任何一个电波暗室通过比较都可以看出,它们似乎都拥有着相同的基本设计,都是长的具有六个平面的长方体,其中有五个面都覆盖着一样的射频吸波

材料。然而当进行射频抗干扰测试时,电波暗室的性能很大程度上取决于其中一面墙的性能。该墙面对天线的那壁也是覆盖吸波材料。本文认为,众所周知的隐身技术也可以融入 “热”壁的设计中从而使得暗室展现出优越性能来。

背景

在3m 电波暗室里实现均匀场一直是比较困难的,尤其是当测试频段高于6GHz 时。经过多次实验,发现可行的解决方案是将天线布置到暗室的一

个角落里。与发射的射频直接打到热壁平面上相比较,容易看出其关键区别是部分或所有的射频波(通过反射)远离了校准平面。

这可能不好想象,为了帮助深入理解暗室在角落发射条件下的场分布动态,我们将采用简单的射线追踪法。另一种方法见注1。

射线追踪法是假定一个发射波可以建模为大量的射线。对我们来说大量射线又会造成拥挤的视觉效果,为了清晰起见,我们将只使用三条重要

的射线来分析:视轴射线,定义天线波束宽度的两个半功率射线。

 

 图1 显示了一个暗室的主视图( 无比例尺度)。天线( 注2) 辐射信号到校准面( 黑色虚线) 和暗室的角落。

最大场强Emax 发生在沿着瞄准线上( 绿色射线)。Emax / √ 2 的场强位于沿着定义半功率波束宽度的射线上( 红色和橙色射线)。

选择高的测试频率,这样天线上的短振子可以看成是有源的,同时波瓣宽度相对较窄

图2 显示了三条射线的反射轨迹。可以看出,图2 绿色的视轴射线和红色的半功率射线仅有一次通过校准面( 理想情况),但不幸的是橙色的射线经过两次。与那种天线面对热壁时所有三条射线都再次经过校准面相比,这种情况要好得多。在传输路径上,橙色射线经过两个衰减界面,虽然射线不是垂直入射,但比单次垂直入射导致的衰减更大。使用3D 电磁软件可以分析出非垂直入射时路径产生的衰衰减更大。使用3D 电磁软件可以分析出非垂直入射时路径产生的衰减,见注1。

使用偏转来实现均匀场是一种切实可行的办法,这也正是隐身飞机使用的关键技术,该技术能应用于热壁吗?

为了验证这一期望,我们首先需要引入一个用于隐身技术的关键概念——雷达散射截面(RCS)。

雷达散射截面

利用简单的方式来看雷达散射截面(RCS) 的概念就是目标为1m2 的全反射平板,放置在雷达系统天线对面。然后我们发射一个雷达脉冲,紧接着得到利用雷达系统检测和处理的回波信号。从这个理想的反射器得到的回波信号强度用作比较器基准。接下来将从飞行器得到的回波信号和这个理想的回波信号强度进行比较。从而特定的飞行器可以得到相应的RCS 数值(m2)。通过隐身技术可以获得最低的RCS。

图3(a) 给出了1 m2 平板从侧面( 雷达天线观察点) 和上面看的视图。绿色箭头代表了入射信号,红色箭头代表了返回到雷达天线的回波信号。

图3(b) 给出平板相对于射频源偏转一个角度后的情况。由于发生偏转,射频回波远离了天线导致了RCS 骤降。虽然对于我们的眼睛来讲大约90% 的平板区域是可见的,但对于雷达系统来讲,由于返回到接收天线方向的回波很弱,所以这些平板区域几乎是不可见的。隐身飞机的实现如图4(a)所示隐身的第二个关键原理是使用可以衰减回波信号的雷达吸波涂层。这当然也是暗室吸波层要努力实现的。理想的(100%) 吸收如图3 (c) 所示,隐身飞机实现如图4 (b) 所示。

 应用这些隐身原理到热壁

在这个应用中,应用隐身技术意味着天线产生的场在单方向上只有一次通过校准面。所以最小的RCS 是经过校准面而观察到的。从而对于位于校准面上任意位置的探针来说,新的热壁应该是几乎看不见的。

显然新的热壁设计将努力使用偏转和衰减来实现这一目标。

图5 给出了一个可能的布置。热壁由实现全反射的三维棱锥体的底平面边组成,其尖端对着天线视轴处。为清楚起见,热壁已经省略了吸波层,临时用的1m 宽地面调节器,被放置在地板上位于校准平面和天线架之间( 见下文)。

把三条主要射线同时标出来:

- 顶部的射线( 红色) 实现很好地偏转

- 底部的射线( 橙色) 偏转到安装有衰减调节器的地板上,或者调节器的边沿上,这样使得偏转波更加远离校准面

- 视轴处的射线是一个问题,因为它将直接返回天线,就像第一次通过校准面那样再次经过在视轴射线处移开大量的反射场,可以看出面向天线的尖端处表面积非常小,如相邻一个小角度偏移的射线所示(图5 中,棕色虚线),射线有微小的偏移角度就不会重新返回到校准平面上。

考虑到低频衰减,铁氧体瓦需要削减或形成尖端表面的形状,也要适合棱锥体边缘的交界面。这将增加面对天线的有效面积,但与垂直入射时照到平面墙上的情形相比仍然很小。

 棱锥体上的覆盖层

在新提出的热壁设计中,使用非标- 切/ 棱锥体吸波阵列需要直接面对对面的墙壁。如前所述,铁氧体瓦可能需要预先铸造处理以满足有角度的面和新墙的顶点。

地面覆盖层

由于实现均匀场的难度大,这种做法已经非常普遍。就是使用调节器在天线和校准平面之间形成一个连续1m 宽的线。

典型的调节板横截面如图6 所示。当有实验装置时,这些将滚入所需位置。为了可重复使用,应该有锁紧机构,确保调节器终保持一致。图7 展示了一个实现这个的锁紧机构,所有的脚轮位于各自所属的凹坑里,然后排列和固定在一起(共需要四个锚定点)。

结论

从表面上看,当天线面对的是平面吸波覆盖墙面时实现均匀场是应该可行的,显然这不是我们证明了的天线布置到角落里的情况。如果这种可行的解决方案采用了隐身技术,那么为什么不去全部使用它们呢?场均匀性的关键是射频波从某一方向单次通过校准平面。使用以隐身飞行器为代表的隐形原理是实现这一目标的巨大进步。而采用这种或类似的解决方案的主要障碍是增加制造和组装的复杂性(费用)。因为OATS(开放区域测试点)设施要求的扫描高度,3m电波暗室人工建造较高。如果事实证明新的热壁能够导致超级静区,也许有一天不需要附加的高度,将新的热壁用于所需要的额外长度,这样做会更经济的。

 注:

1. 所提到的波状外形热壁3D 电磁分析结果,将刊登在干扰技术的网站博客页面(EMC- 版块)。非常感谢CST 提供的?2014 CST 工作室

2. 天线的可视化显示给出了水平极化特性。在3D 电磁分析中天线将有垂直和水平极化。

 
反对 0举报收藏 0打赏 0评论 1
免责声明:凡注明来源本网的所有作品,均为本网合法拥有版权或有权使用的作品,欢迎转载,注明出处。非本网作品均来自互联网,转载目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点和对其真实性负责。
 
更多>相关阅读
推荐图文
推荐电磁兼容
阅读排行
网站首页  |  网站介绍  |  版权声明  |  积分规则  |  定制推广  |  服务协议  |  隐私政策  |  联系我们  |  排名推广  |  会员服务  |  广告服务  |  网站留言  |  RSS订阅  |  网站地图  |  违规举报