混响室和电波暗室的低频性能研究

论文摘要

作为电磁辐射类测试场地代表的混响室和电波暗室都受限于低频性能,而采用射线追踪等方法在低频时分析的误差又较大。因此本文专注于研究二者的低频性能。首先,针对当前最新并且具有众多优点的固有混响室IRC,从基本混响理论、几何外形和散射器三个方面进行了研究:首次推导出了有源圆柱腔体中不仅物理意义清晰而且方便应用的电磁场解析式;扩展了采用本征函数叠加法得到的关于三维有源矩形腔体的有关理论的应用范围;详细地研究了不同几何腔体中的模密度和模结构;目的是通过深入研究混响室的工作机理,为寻求最优的混响室几何外形提供坚实的理论基础。这是本文最主要的创新成果。采用全波分析仿真的结果表明,在圆柱体、长方体、三棱柱和楔台这四种腔体中,在不同频段各有优缺点;就获取低频均匀性的能力而言,楔台腔体的总体效果最优。对散射器的研究发现,与Schroeder散射器相比,特定尺寸的球冠作为散射器更能改进低频场均匀性,而且对混响室没有明显的加载,即不会显著降低其0值。特定尺寸的球冠有望成为最有前途的散射器。这是本文另一主要创新成果。上述研究,为开发IRC指明了希望和思路;更重要的是,所得结论可用于改进机械搅拌混响室和电子模搅拌混响室的低频性能。其次,提出了一种改进的混响室低频段品质因数Q的时域估测方法。这种方法非常适合工程应用。再次,提出一种能准确计算各种射频吸波体反射率的全波分析方法,并针对各种吸波材料做了系统研究。这些分析方法和结果可直接用于吸波体的优化和生产。最后,研究如何采用全波分析方法来预测电波暗室的低频性能;并且用于研究影响电波暗室性能的关键因素。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 序
• 第1章 引言
• 1.1 课题的背景和意义
• 1.2 国内外研究现状、最新发展动态及存在问题
• 1.2.1 混响室的发展简史和国内外研究现状
• 1.2.2 混响室的最新发展动态
• 1.2.3 目前在混响室设计、校正和测试中存在的问题
• 1.2.4 射频吸波材料的国内外研究现状及最新发展动态
• 1.2.5 目前在射频吸波材料的生产、测试和研究中存在的问题
• 1.2.6 暗室的国内外研究现状及最新发展状况
• 1.2.7 目前在电波暗室设计和建造中存在的问题
• 1.3 本文的研究内容和目的
• 1.3.1 关于混响室的研究内容和目的
• 1.3.2 关于射频吸波体的研究内容和目的
• 1.3.3 关于电波暗室的研究内容和目的
• 第2章 混响室的基本理论
• 2.1 混响室的基本理论分类
• 2.2 规则几何腔体中的电磁理论
• 2.2.1 三维矩形腔体（长方体）
• 2.2.2 上述有源矩形混响室电磁场解析式的意义与局限性
• 2.2.3 特殊三棱柱
• 2.2.4 圆柱体
• 2.3 模密度理论
• 2.3.1 任意形状、边界分段光滑的腔体V中的模密度
• 2.3.2 规则腔体中的模密度
• 2.3.3 由模密度计算公式得到的推论
• 2.4 混响室的性能指标
• 2.4.1 最低可用频率（Lowest Usable Frequency-LUF）
• 2.4.2 品质因数（Quality Factor-Q）
• 2.4.3 品质因数带宽
• 2.4.4 品质因数带宽内被激励的模数（Mode Number）
• 2.4.5 混响室的时间常数τ
• 2.5 小结:
• 第3章 混响室几何外形的研究
• 3.1 混响室的数值仿真方法研究
• 3.1.1 对混响室作全波分析的挑战性及对策
• 3.1.2 仿真条件的设置
• 3.1.3 利用全波分析来仿真混响室的条件及验证
• 3.2 三类规则几何腔体的全波仿真分析
• 3.3 "楔台"——一种特殊"非对称几何外形"的腔体
• 3.3.1 楔台腔体中的本征模结构及场均匀性
• 3.3.2 契台外形尺寸的优化
• 3.4 小结
• 第4章 散射器的研究
• 4.1 散射器研究和应用历史
• 4.2 上述散射器研究中存在的问题
• 4.3 散射器对于模密度和场均匀性的影响分析
• 4.4 散射器在楔台腔体的效果研究
• 4.4.1 仿真条件
• 4.4.2 散射器对于谐振频率的影响
• 4.4.3 散射器对标准差的影响
• 4.4.4 散射器对场强概率密度分布的影响
• 4.5 散射器改进低频场均匀性的原因再分析
• 4.6 散射器工作方式对新型混响方案的启发和展望
• 4.7 混响室中机械搅拌器和其他器件对混响室的影响和作用分析
• 4.8 小结
• 附绿 A:QRS散射器
• 第5章 一种改进的快速估计混响室低频段品质因数Q的时域方法
• 5.1 混响室品质因数Q值频域法测试的缺点
• 5.2 改进思路
• 5.3 测量原理
• 5.4 数字处理方法
• 5.4.1 小波变换
• 5.4.2 数据平滑方法
• 5.4.3 线性拟合
• 5.5 测试系统图
• 5.6 试验数据及不确定度分析
• 5.7 试验数据的数字处理结果
• 5.8 上述时域结果的比较和验证
• 5.9 小结
• 第6章 射频吸波材料的研究
• 6.1 射频吸波体的评价方法
• 6.2 射频吸波体反射率的测量方法
• 6.2.1 拱形法（频率范围:通常在1GHz以上）
• 6.2.2 低频同轴法和扩展波导法
• 6.3 射频吸波材料电磁参数的测量
• 6.4 复介电常数和复磁导率的测量原理和方法。
• 6.4.1 含碳类吸波材料的复介电常数举例
• 6.4.2 铁氧体吸波材料的复介电常数举例
• 6.5 吸波体反射率的数值计算方法
• 6.5.1 无限阵列吸波材料的处理与周期边界
• 6.5.2 吸波体反射率仿真模型的建立及验证
• 6.5.3 含碳类吸波体反射率的优化
• 6.5.4 角锥结构对吸波体性能的影响
• 6.5.5 空心、空壳状聚氨酯角锥的反射率
• 6.5.6 复合吸波体的反射率
• 6.6 小结:
• 第7章 电波暗室的低频性能研究
• 7.1 电波暗室的评价指标
• 7.1.1 测试面场均匀性（Field Uniformity—FU）
• 7.1.2 归一化场地衰减（normalized site attenuation-NSA）
• 7.1.3 场地参考法（Site Reference Method—SRM）
• 7.2 电波暗室的尺寸设计及吸波材料选用参考标准
• 7.2.1 电波暗室尺寸设计
• 7.2.2 电波暗室尺寸对暗室性能的影响
• 7.2.3 射频吸波材料反射率的选用标准
• 7.3 电波暗室低频性能的预测分析技术
• 7.3.1 电波暗室的低频预测分析基础
• 7.3.2 电波暗室的全波分析方法
• 7.4 电波暗室低频段测试面场均匀性（FU）的全波分析
• 7.4.1 按照标准方法仿真低频段的FU
• 7.4.2 近距离观察电波暗室的场均匀性
• 7.5 半电波暗室低频段NSA的全波分析
• 7.5.1 半电波暗室NSA的仿真步骤
• 7.5.2 侧墙（长面墙）上的吸波体对半电波暗室NSA的影响
• 7.5.3 端墙（短面墙）上的吸波体对半电波暗室NSA的影响
• 7.6 小结
• 7.7 展望
• 第8章 结论与展望
• 展望
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集