一种提升混响室内场强和模拟复合场电磁环境的方法及系统技术方案

一种提升混响室内场强和模拟复合场电磁环境的方法及系统，方法利用混响室模拟多频高场强复杂电磁环境，采用同频微波功率在混响室内的空间合成方法获得试验区域内的高场强；采用异频非相干谐振方法获得试验区的多频复合场；采用在混响室内设置多个可移动轻质封闭良导体金属箱体，减小混响室在频率高端的无效空间，提高试验区域的场强幅值。系统包括混响室、若干可移动轻质封闭良导体金属箱体、射频信号源、功率分配器、功率放大器、定向耦合器、环形器、功率计、发射天线、接收天线、光纤场强计、频谱分析仪、测量控制和数据采集计算机。本发明专利技术利用多台功率放大器及调整混响室内部结构提升混响室内场强幅值，在混响室内部模拟多频复杂电磁环境。

Method and system for enhancing electromagnetic field intensity in reverberation chamber and simulating composite electromagnetic field

A method and system for improving the field strength of the reverberation chamber and simulating the electromagnetic environment of the compound field. The method uses the reverberation chamber to simulate the multi frequency and high field complex electromagnetic environment, and uses the same frequency microwave power to obtain the high field intensity in the experimental area by the space synthesis method of the same frequency microwave power in the reverberation room. The composite field is used in the reverberation room to set up a number of movable light and good conductor metal boxes to reduce the void space at the high frequency of the reverberation room and improve the field strength of the test area. The system includes a reverberation chamber, a number of portable light closed and good conductor metal boxes, radio frequency signal sources, power splitters, power amplifiers, directional couplers, ranners, power meters, transmitting antennas, receiving antennas, optical fiber field intensity meters, spectrum analyzer, measurement control and data acquisition computers. The invention uses multiple power amplifiers and the structure of the reverberation chamber to enhance the amplitude of the field intensity in the reverberation chamber, and simulates the multi frequency complex electromagnetic environment in the reverberation chamber.

【技术实现步骤摘要】
一种提升混响室内场强和模拟复合场电磁环境的方法及系统
本专利技术涉及复杂电磁环境效应试验领域，具体涉及一种提升混响室内场强和模拟复合场电磁环境的方法及系统，用于复杂电磁环境效应试验的多频复合高场强电磁环境构建，使在实验室条件下开展电子设备和系统电磁环境效应试验时的复杂电磁环境构建更具灵活性和可实现性。
技术介绍
随着电子信息技术的发展，各种电子设备、武器装备面临的电磁环境越来越复杂。一方面，平台或系统内部自身的通信、雷达、电子干扰设备的功率增大导致设备辐射产生的近场环境增强，威胁平台或系统内部其他敏感设备的正常工作或电磁安全性；另一方面，来自平台或系统外部的各种电子战设备、电磁攻击武器产生的电磁环境，也对平台或系统内部的电子设备构成了严峻威胁。因此，需要模拟电子设备在寿命期内可能面临的各类复杂电磁环境,特别是高场强复杂电磁环境，进行电磁敏感性试验和环境适应性试验。为了在实验室产生试验用的电磁场环境，可以有多种方法。天线直接辐射法是最常见的方法，辐射场强取决于天线的增益、功率放大器的输出功率以及距天线的距离。在微波频段时，天线的波束较窄，照射范围有限，对较大的设备或系统试验时，需要进行分段照射，但系统被照射区域电磁场的均匀性较差，远距离照射可以改善场均匀性，但场强幅值会大幅下降，难以达到试验要求；常用的照射天线为单极化天线，需要通过改变天线的极化布置方式来模拟不同极化类型的电磁环境，但通常只能采用有限的状态来进行模拟(如采用水平和垂直两种极化方式)；进行高场强电磁环境试验时，为了保证人员和周围电子设备的安全，还需将辐射天线和被试设备置于造价昂贵的微波暗室内部。横电磁波传输室(TEM)和吉赫兹横电磁波传输室(GTEM)也是常用的电磁场环境模拟装置，TEM装置一般工作在1GHz以下，GTEM装置工作频率可达到18GHz。TEM和GTEM装置内部产生的场强取决于功率放大器的输出功率、TEM和GTEM装置中芯板与底板间的距离，被试件尺寸一般不能超过芯板与底板间距的1/3，试验空间通常比较小，且极化单一，适合于小型设备的电磁敏感性试验；当被试设备尺寸较大时，会对内部的场分布产生比较严重的影响，使其场均匀性大幅下降，影响试验的准确性。采用混响室进行电磁敏感性试验是一种比较新的方法。其优点是可利用混响室内高品质因素的谐振工作方式，用较小的射频功率就可在试验区域产生较高的辐射场强；利用搅拌器连续改变混响室内部的边界条件，可以使混响室试验空间内的电磁场环境统计均匀、各向同性。混响室内场强取决于混响室的输入功率、发射天线效率和混响室体积尺寸等因素，如式(1)所示：式中：为混响室内场强，Q为混响室品质因数，Pinput为混响室的输入功率(W)，由功率放大器的输出功率决定，ηtx为发射天线效率，Z0为波阻抗，c0为电磁波传输速度，V为混响室内部空间体积，f为混响室工作频率，K为混响室系数。混响室内的试验区域(被试件所放置的区域)一般要求距混响室的内壁、搅拌器等的距离不小于0.5m或四分之一工作波长。对于一个建好的矩形腔体混响室来说，只要最低工作频率满足要求，其他工作频率均可以满足要求(因为最低工作频率的波长最长)。但是，在相同的输入功率情况下，混响室的工作频段的低端产生的场强较高，容易实现高场强的模拟，而频率越高，产生的场强越低，实现高场强的环境模拟越困难。尺寸较小的混响室的最低工作频率较高，但在工作频段内，同样的输入功率下，比尺寸较大的混响室内部产生的场强要高。利用混响室在单台功率放大器输出功率有限的情况下，高场强电磁环境的模拟以及多频复合场的模拟存在如下问题：第一，受当前宽带微波功率放大器的输出功率限制，特别是在微波频段，在混响室内进行高场强试验时，常常会由于单台功率放大器的功率不够而不能产生所期望的高场强，而使试验无法进行。如何在现有功率放大器输出功率有限的情况下，在混响室内实现所需要的高场强环境的模拟，是实际中经常遇到的技术问题；第二，试验单位通常只有一个混响室，混响室尺寸固定，若混响室尺寸过小，又不能兼顾较低的频率。再新建小型混响室，又会受到资金和时间的限制，影响试验的正常进行。如何用一个尺寸相对较大的混响室，用功率一定的宽频带功率放大器，实现全频段的高场强模拟，也是实际中需要解决的技术问题；第三，由于混响室内部没有电磁波吸波材料，发射天线实际是“沉浸”在所产生的高场强中，内部高场强在发射天线上产生的感应信号成为天线的反射功率。通常是功率放大器的输出功率越大，混响室内的场强越高，反射功率也越大，当反射功率大到一定程度时，微波功率放大器将无法正常工作，甚至有被烧毁的危险。第四，在复杂电磁环境的效应试验中，还需要模拟平台上多个辐射源同时工作时产生的电磁环境，以验证被试设备在多个频率电磁环境下的交调、互调等复合场效应。常规的单源辐射方法无法模拟复合电磁环境开展复合场效应试验。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，针对现有高场强电磁环境的模拟以及多频复合场的模拟存在的上述不足，提供一种提升混响室内场强和模拟复合场电磁环境的方法及系统，利用多台功率放大器以及调整混响室内部的结构来提升混响室内场强的幅值，以及在混响室内部模拟多频复杂电磁环境，从而满足相关的高场强试验和复合场试验对电磁环境的要求。本专利技术为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种提升混响室内场强和模拟复合场电磁环境的方法，利用混响室模拟多频高场强复杂电磁环境，采用同频微波功率在混响室内的空间合成方法获得试验区域内的高场强；采用异频非相干谐振方法获得试验区的多频复合场；采用在混响室内设置多个可移动轻质封闭良导体金属箱体，减小混响室在频率高端的无效空间，从而减小混响室内部空间体积即混响室内部电磁能量分布的体积，提高试验区域的场强幅值。按上述方案，所述可移动轻质封闭良导体金属箱体采用厚度0.4mm～1mm的铝板，铆接在铝合金型材框架表面，形成封闭的六面体，六面体所有缝隙采用屏蔽胶带进行电磁密封；所述铝合金型材框架采用宽度20mm～40mm、高度20mm～40mm、厚度2mm～4mm的角铝焊接或铆接而成。按上述方案，所述可移动轻质封闭良导体金属箱体放置在混响室内距被试设备和搅拌器较远的角落，紧靠混响室的内壁，在空间允许的情况下，采用叠放和平放的方式放置多个可移动轻质封闭良导体金属箱体，占据混响室内的无效空间，而不影响被试设备布置的试验空间。本专利技术还提供了一种提升混响室内场强和模拟复合场电磁环境的系统，包括混响室、若干可移动轻质封闭良导体金属箱体、射频信号源、功率分配器、功率放大器、定向耦合器、环形器、功率计、发射天线、接收天线、光纤场强计、频谱分析仪、测量控制和数据采集计算机；所述混响室包括高导电率封闭金属壳体、搅拌器、驱动电机及驱动控制器，搅拌器设置在高导电率封闭金属壳体内，驱动电机一端连接搅拌器、另一端连接驱动控制器；所述驱动控制器、频谱分析仪、光纤场强计、功率计、射频信号源的输入端均与测量控制和数据采集计算机相连；当需要提升混响室内场强时，射频信号源的输出端通过功率分配器分成两路或多路，分别连接两台或多台功率放大器的输入端，功率放大器的输出端依次连接定向耦合器、环形器连接位于混响室内的发射天线；射频信号源的输出功率通过功率分配器分成两路或多路，分别馈给两台或本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提升混响室内场强和模拟复合场电磁环境的方法，其特征在于，利用混响室模拟多频高场强复杂电磁环境，采用同频微波功率在混响室内的空间合成方法获得试验区域内的高场强；采用异频非相干谐振方法获得试验区的多频复合场；采用在混响室内设置多个可移动轻质封闭良导体金属箱体，减小混响室在频率高端的无效空间，从而减小混响室内部空间体积即混响室内部电磁能量分布的体积，提高试验区域的场强幅值。

【技术特征摘要】
1.一种提升混响室内场强和模拟复合场电磁环境的方法，其特征在于，利用混响室模拟多频高场强复杂电磁环境，采用同频微波功率在混响室内的空间合成方法获得试验区域内的高场强；采用异频非相干谐振方法获得试验区的多频复合场；采用在混响室内设置多个可移动轻质封闭良导体金属箱体，减小混响室在频率高端的无效空间，从而减小混响室内部空间体积即混响室内部电磁能量分布的体积，提高试验区域的场强幅值。2.如权利要求1所述的提升混响室内场强和模拟复合场电磁环境的方法，其特征在于，所述可移动轻质封闭良导体金属箱体采用厚度0.4mm～1mm的铝板，铆接在铝合金型材框架表面，形成封闭的六面体，六面体所有缝隙采用屏蔽胶带进行电磁密封；所述铝合金型材框架采用宽度20mm～40mm、高度20mm～40mm、厚度2mm～4mm的角铝焊接或铆接而成。3.如权利要求1所述的提升混响室内场强和模拟复合场电磁环境的方法，其特征在于，所述可移动轻质封闭良导体金属箱体放置在混响室内距被试设备和搅拌器较远的角落，紧靠混响室的内壁，在空间允许的情况下，采用叠放和平放的方式放置多个可移动轻质封闭良导体金属箱体，占据混响室内的无效空间，而不影响被试设备布置的试验空间。4.一种提升混响室内场强和模拟复合场电磁环境的系统，用于权利要求1所述的方法中，其特征在于，包括混响室、若干可移动轻质封闭良导体金属箱体、...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴晓光，郑生全，王冬冬，黄琼，黄明亮，
申请(专利权)人：中国舰船研究设计中心，
类型：发明
国别省市：湖北,42