微波暗室性能的低頻三維電磁分析

　　在進(jìn)行天線測量時，微波暗室與室外場相比具有安全、無輻射干擾及不受天氣因素影響的優(yōu)點(diǎn)。典型的微波暗室包括內(nèi)表面覆蓋有吸波材料的屏蔽體，源天線及被測體（DUT）和可通過旋轉(zhuǎn)以獲得被測體（DUT）天線方向圖的轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)。屏蔽殼體尺寸大小主要是取決于最低工作頻率，當(dāng)暗室工作在VHF和UHF 頻段時其所需尺寸顯著增大，因而增加了暗室結(jié)構(gòu)和所需吸波材料的費(fèi)用，暗室的最低工作頻率到VHF和UHF頻段時同室外場相比其優(yōu)點(diǎn)就喪失了。在這種情況下人們關(guān)注的是暗室結(jié)構(gòu)實際上真正的需求，而選擇了通過減小暗室尺寸降低造價和增加暗室尺寸以保證最起碼的性能水平的一個折衷，為了保證天線測量精度的最小水平，DUT測試區(qū)中照射波質(zhì)量和暗室內(nèi)各處反射都需達(dá)標(biāo)，這就特別需要暗室供應(yīng)商能夠精確分析暗室性能，使設(shè)計的暗室性價比最高。長期以來暗室的工程分析一直是采用射線跟蹤法，但在最低工作頻率時暗室尺寸僅幾個波長，因而精度很差，造成精度差的因素有以下幾點(diǎn)： · 鏡像區(qū)的反射足以影響DUT測試區(qū)的品質(zhì)，而鏡像區(qū)的特性尺寸有幾個波長，其表面覆蓋的吸波材料在VHF和UHF頻段時它的尺寸甚至超過暗室側(cè)墻、頂棚和地面的特性尺寸。 · 有效鏡區(qū)面積較大，在使用射線跟蹤法時難以確定鏡像的準(zhǔn)確入射角。 · 在低頻時難以精確地預(yù)判或預(yù)測墻面吸波材料在偏離垂直投射時的反射系數(shù)。 · 難以精確測量吸波材料的反射系數(shù)的相位。因而僅能計算DUT測試區(qū)場的有效值（RMS）及和的平方根值（RSS），如此只能提供近似值。 · 在VHF和UHF頻段，許多情況都是基于吸波材料在2GHz以上斜入射時反射系數(shù)的遞減曲線來近似的，這種外推法對許多暗室就相當(dāng)不精確。最有效的常用的對射線跟蹤法的改進(jìn)是口徑積分法，即從側(cè)墻反射進(jìn)入測試區(qū)的反射場是用整個口徑的基爾霍夫（Kirchhoff）積分計算（包括側(cè)墻、頂棚或地面），測試區(qū)內(nèi)場是反射場與源天線輻射場的疊加。雖然這種方法比較好的適用于暗室的分析，但所得到的精度仍受到限制，這是由于所用的吸波材料垂直和斜投射時反射系數(shù)的信息（兩個交叉極化的幅度和相位）的限制。如前所述，對UHF和VHF頻段就更成問題了。此外，無論口徑積分法還是射線跟蹤法對此頻段的暗室內(nèi)多重反射都是無法計算，但這又是很重要的。

　　一、不精確的暗室分析的后果由于缺乏對暗室性能的精度預(yù)估可能導(dǎo)致暗室的設(shè)計不是最佳。然而是不是最佳性能也不總是能判斷出來的，例如在測試區(qū)內(nèi)場探測也可能表示不出場變化和起伏的全貌，那是由于在低頻時室內(nèi)表面反射和直射造成的干涉圖的波動周期較長的緣故。為了保證適當(dāng)?shù)陌凳倚阅埽凳覉鰪?qiáng)探測應(yīng)在盡可能的整個頻帶內(nèi)進(jìn)行，在測試區(qū)內(nèi)整個頻帶上的場強(qiáng)鋸齒形起伏變化應(yīng)加以標(biāo)注，多次匹配調(diào)整收發(fā)極化時在整個頻帶內(nèi)記錄下來的信號起伏小就說明了暗室的性能比較好。

　　二、三維電磁仿真前述的分析技術(shù)對低頻來說是有限制性，顯然需要嚴(yán)格地進(jìn)行綜合分析，比較合適的分析就是下述的三維電磁仿真法。以前尚無用于解決此類問題的暗室三維定量分析的標(biāo)準(zhǔn)軟件包，但近來隨著PC計算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，有了用時域法技術(shù)的三維電磁分析的計算仿真軟件包，使此種分析變成可能。 ORBIT/FR公司用商用變換解算軟件包完美的完成了低頻暗室的性能仿真。采用三維時域技術(shù)計算仿真的低頻暗室性能典型的仿真結(jié)果如下所述。主要的分析是對室內(nèi)感興趣地點(diǎn)的場均勻性進(jìn)行分析，譬如DUT測試區(qū)及隨后決定的暗室內(nèi)的幅度錐削及紋波、相位變化和導(dǎo)致的交叉極化電平。這些量都是與如下參數(shù)有關(guān)： · 吸波材料的布局與品質(zhì)。 · 源天線／DUT的間距。 · 工作頻率。 · 源天線波束寬度。 · DUT轉(zhuǎn)臺情況。 · DUT支撐結(jié)構(gòu)形狀和材料情況。通過這些分析就能提供出關(guān)于源天線與DUT的距離和位置、吸波材料的布局情況的信息，以致于能夠做到達(dá)到所需性能的暗室最小尺寸。