CN103502824A - 小型电子混响室 - Google Patents

Abstract

一种方法和设备提供了一种改进的EM混响室，其便于在所述室内对EM场极化的动态三维(3D)操纵并且在所述室内部产生均匀的场分布。所述室包括具有可调谐集总元件的一个或多个壁。控制器被提供用于生成被施加到所述集总元件的一个或多个控制信号并且响应于所述一个或多个控制信号来调谐它们的阻抗。结果是将在所述室内生成在极化方面看起来是随机的或伪随机的但在幅度方面充分均匀的电磁场以用于EM测试。

Description

小型电子混响室

技术领域

本申请要求2011年1月18日提交的临时专利申请No.61／433,816的优先权，通过引用将其并入本文。

本发明涉及一种极化可控电磁(EM)室，其被用来在混响室内部为电子设备的电磁兼容性／电磁干扰或抗干扰(EMC／EMI)测试生成均匀电场环境。特别地，本发明针对能够提供大范围的电磁频率而同时与现有技术中的那些相比需要较少电能的可控电磁室。

背景技术

混响室还被称为搅模室，其在电磁(EM)相关工程研究中受到越来越多的关注。作为几个示例，诸如手机、膝上型电脑或便携式媒体播放器的某些常用电子装置在实际使用中可能陷入多径环境，并且可能例如由于来自各种电磁场的干扰而经历错误表现。混响室可以在室内部人工地生成随机的或伪随机的EM场分布以模仿电子设备可能遭遇的实际多径环境。混响室因此对于电磁兼容性(EMC)测量或电磁抗干扰(EMI)评估来说正变得是所期望的。

目前，横向电磁(TEM)传输线室装置被用于在屏蔽环境中建立标准EM场。TEM室已唤起了在电磁相关工程方面的越来越多的研究兴趣。诸如手机、膝上型电脑以及便携式媒体播放器的一些日常使用电子装置在真实生活中陷入电磁干扰环境。能够生成模仿平面入射EM波在真实世界中的场分布的均匀场分布的混响室现今对于电磁兼容性(EMC)测量或电磁抗干扰(EMI)评估来说日益关键。

在常规TEM室中，横向截面中的电场服从静场分布，其能够通过以中心导体和地线上的电压作为边界条件来解拉普拉斯方程而被计算。当电子装置被置于TEM室中以进行EMC／EMI测试时，具有固定极化的EM波被导向被测装置(DUT)。然而，不能够完全地在具有固定极化的测试中评估DUT的总体EMC／EMI特性。必须改变DUT的定向并且重复测量若干次以全面地表征DUT的EMC／EMI特性。

因此，所需要的是能够在室内部生成模拟在真实世界中冲击常用电子设备的EM波的均匀场的TEM室。此外，所需要的是不要求DUT的定向改变以便实现EMC／EMI特性的完全测量的小型装置。

发明内容

本发明针对通过采用多个可调谐电磁表面来构建混响室的壁而为电磁兼容性或抗干扰测试生成等效随机或伪随机的场环境的装置。通过控制每个可调谐表面的激活，本发明的装置能够控制波传播方向并且在三个维度上对所述混响室内部的极化进行调谐。

本发明还针对便于EM场极化的动态三维(3D)操纵并且在所述小型混响室内部产生均匀场分布的改进混响室。这个改进混响室通过改变所述室的可调谐表面的状态来实现场极化的精细控制而无需旋转DUT以得到不同的极化波照射。

附图说明

本发明的前述及其他特征从本发明的示意性实施例的以下详细说明和附图中将更显而易见，在附图中：

图1是在新加坡南洋理工大学的现有技术的电磁效应研究实验室(EMERL)的混响室的图像。

图2是波矢量平面中的电磁模式分布的曲线图。

图3是本发明的实施例的示意图。

图4是本发明的元件的示例实施例的示意图。

图5是本发明的一部分的实施例的示意图。

图6是由互补方形环谐振器所实现的单位单元的实施例的示例的透视图。

图7是本发明的元件的实施例的示意性透视图。

图8是图7所描绘的实施例的示意性顶视图。

图9是并联谐振LC电路的实施例的示意图。

图10是互补方形环谐振器单位单元的实施例的S11散射参数的模拟相位部分的图表。

图11是示出了针对电子混响室的实施例的电磁场幅度相对于频率的标准偏差的曲线图。

图12是描绘了针对电子混响室的实施例的电磁场幅度相对于频率的标准偏差的曲线图。

图13是详述本发明的实施例的元件的示意图。

图14是本发明的实施例的示意图的侧视图。

图15是描绘了本发明的实施例及其相关部件的框图。

具体实施方式

作为概要和引言，本发明涉及用于提供便于EM场极化的动态三维(3D)操纵并且在其测试区域内部产生均匀场分布的改进EM室的方法和设备。本发明还针对采用可配置的槽线来控制槽线模式的传播方向并且允许EM场的3D极化控制的方法和设备。

详细说明的一些部分依照在存储在特定设备或专用计算装置或平台的存储器内的二进制数字信号上的操作的算法或符号表示被呈现。在这个特定指明的背景下，术语特定设备或类似术语包括通用计算机或其他计算装置，只要它被编程为依照来自程序软件的指令执行特定功能。算法说明或符号表示是信号处理或相关领域的普遍技术人员用来向本领域的其他技术人员传达他们的工作的实质的技术的示例。算法在此并且一般地被认为是导致期望结果的操作或类似信号处理步骤的自相一致的序列。在这个背景下，操作或处理涉及物理量的物理操纵。典型地，尽管没有必要，但物理量可以采取能够被存储、转移、组合、比较或者以其他方式被操纵的电信号或磁信号的形式。

主要地出于共同使用的原因，将信号称为位、数据、值、元素、符号、字符、项、数目、数值等等已证明有时是方便的。然而，应理解的是，这些或类似项中的全部将与适当的物理量关联并且仅仅是方便的标示。除非另有特别地声明，否则如从以下讨论中显而易见的那样，应理解的是贯穿本说明书，利用诸如“处理”、“计算(computing)”、“计算(calculating)”、“确定”等术语的讨论指的是特定设备的动作或过程，所述特定设备诸如为专用计算机或类似的专用电子计算装置。因此，在本说明书的背景下，专用计算机或类似的专用电子计算装置能够操纵或者转换信号，所述信号典型地被表示为专用计算机或类似的专用电子计算装置的存储器、寄存器或其他信息存储装置、传输装置或显示装置内的物理电子量或磁量。例如，特定计算设备可包括编程有用来执行一个或多个特定功能的指令的一个或多个处理器。

可以包括由金属壁包围的电磁屏蔽腔的混响室在尺寸上可能是庞大的。混响室可以搅动或者使可存在于屏蔽包围结构内的许多电磁模式随机化以模拟在其中大量电磁干扰是可能的环境中的实际使用。因此，所期望的可能是腔允许各种电磁模式。例如，电磁模式可以被举例来说诸如旋转叶片或风扇的、在屏蔽腔内部操作的金属搅动器有效地搅动或随机化。尺寸对于一个或多个搅动器能够例如影响或者改变电磁边界条件可能是需要考虑的因素。可以在混响室内生成用于EMC或EMI的测试或测量环境，诸如场均匀性或场随机性。

如在图1(现有技术)中所看到的，常规EMERL混响室100在尺寸上可能是庞大的。在实践中，像图1所描绘的那些一样的房间大小的EMERL混响室100形成具有由导电材料制成的六个壁的电磁屏蔽包围结构。这个示例的工作原理是机械地搅动存在于混响室内的各种电磁模式(对于这个示例来说，至少60个模式)。相应地，诸如EMERL混响室100的常规混响室可以具有相对大的尺寸以便各种模式能够被生成。混响室内的电磁模式可以被金属搅动器机械地搅动以便各种模式产生随机的或伪随机的形式。搅动器(在图1中被示出为水平叶片105和垂直叶片110)还可以被构建为具有能够影响或者改变室腔或包围结构的电磁边界条件的尺寸。

运转的混响室可能能够生成电磁背景，其中混响室内的电磁场或电场在空间上是大致均匀的并且被大致随机地或者伪随机地极化。在此应注意的是，术语“电磁场”和“电场”贯穿本文档可互换地被使用。所期望的是电子被测装置(DUT)被各向同性地照射，例如大致或粗略等效地从各个方向照射。如果工作源被添加到诸如EMERL混响室100的常规混响室，则许多电磁模式可以变得被激发。如果扰动结构(例如搅动器)移动或者旋转，则给定电磁模式的本征频率可以连续地偏移，使得变化发生在模式场分布中。

图2是诸如可以与本发明的实施例相结合地发生的、波矢量平面中的电磁模式分布200的曲线图。旋转或移动的扰动结构(搅动器)可以引起本征模式的偏移，如电磁模式分布200所示。偏移的量可以与搅动器规模相关地增加。因此，按照惯例，搅动器被用在具有足以导致适当偏移的尺寸的常规现有技术的混响室中。受激电磁模式的幅度可以由于本征模式频率的偏移而被调谐。因此，随机的或伪随机的波动可以发生并且在混响室中提供平均均匀场分布。对于常规混响室，较低的操作频率可以指示例如较长的波长并且因此指示较大的包围结构或搅动器。

混响室还可以通过至少大致将电磁波视为射线来理解。因此，在任何观察位置的电磁场可以由在复杂多径环境中生成的射线的叠加产生。电磁模式搅动器的引入因此可以有效地使射线路径随机化。

本文中所描述的装置的一个实施例可以利用移相壁，其中可调谐集总元件的变化被用来改变或者影响移相壁的子域的表面阻抗。从而，从所述壁反射的波的相移被从-π有效地改变为+π。因此，与具有类似表现的常规混响室相比，采用移相壁允许较小规模的混响室的构建。

根据所示意的装置的一个或多个实现或实施例，可以制造在规模上相对较小的混响室，尽管如此其可以为电子设备的电磁兼容性(EMC)或电磁抗干扰(EMI)测试生成等效随机的或伪随机的场环境，如可以从常规混响室生成的那样。例如，根据一个或多个实现或实施例，可调谐电磁表面可以被用来制作壁以为在所包围的区域内部的电磁场生成或者产生电磁边界条件。

按照惯例，导电板被用来建造混响室的壁。然而，例如根据具体实现，电子混响室依照所要求保护的可替代地利用可调谐移相器的主题被提供。尽管在这方面所要求保护的主题在范围上不受限制，但是对于实施例来说，例如尺寸或规模可以比按照惯例被用于类似表现的小并且可以应用除机械移动的搅动器以外的技术，如在下面所讨论的那样。

如在图3中所看到的，可调谐移相壁300被提供用作为本发明的元件。可调谐移相壁300可以被划分成若干子域，其可以分配特定表面阻抗Z_i(i=1，2，3，...)。从而，冲击或者入射在可调谐移相壁300的子域上的电磁波可以特定相移

被反射，如在下面更详细地讨论的那样。表面阻抗Z_i可以被外部系统有效地调谐以便反射相移例如可以为时间相关的，并且可以在(-π，π)的范围内变化；但是当然，在这方面所要求保护的主题在范围上不受限制。这仅仅是一个示意性实施例。

在所描述的装置的具体实施例中，调谐表面阻抗可以是灵活的。然而，为了简单起见，所示意的实施例中的装置跨各种子域维持一致的表面阻抗或者依照特定模式调谐子域的表面阻抗。根据可替换的实施例，所述装置以仅包括-π和+π的

的可能值来独立地针对特定子域对表面阻抗进行调谐。因此，调谐的各种方法可以提供潜在候选以产生随机的或伪随机的场分布。然而，应注意的是，一些调谐策略与更复杂的调谐策略相比可以具有较少的自由度。尽管如此，所示意的装置的较简单的调谐功能能够为实现或故障检修提供令人满意的结果，同时提供较低的复杂度或成本。同样地，所描述的系统的使用或维护与现有技术中的使用或维护相比没那么复杂或没那么昂贵。

至少一个实施例中的可调谐表面可以通常经由分布元件或集总元件形成。在具体实施例中，移相子域的物理实现可以至少部分地通过使用超材料形成单位单元来实现。在这个背景下，术语“超材料”指的是被创建以具有在自然中通常没有发现的特性的结构。例如，电磁超材料指的是具有未在自然出现的材料中发现的电磁特性的材料或结构，其例如在John Pendry博士的题为“Metamaterials in theSunshine”(Nature Materials5599)的文章中被讨论。

图4示意了本装置的示例实施例，其中单位单元400依照超材料型原理被形成。在这个实施例中，特定的十字形结构被采用，其生成或提供不是自然出现的电磁特性。在所描绘的、其中屏蔽包围结构依照法拉第笼(Faraday cage)被实现的实施例中，单位单元400依照超材料405的十字形结构来形成。在这个实施例中，十字形结构超材料405被放置在另一表面410之上(在下面讨论)。另外，在所示意的实施例中，可调谐移相壁的子域可以由应用特定调谐模式的子域内的多个单位单元形成。

例如，图5是电子混响室的实施例500的示意图，但是所要求保护的主题当然在范围上不限于这个具体实施例。在图5中，电子混响室实施例500可以至少部分地基于法拉第笼结合图4所示的单位单元结构400的应用。

如图5所示，本发明的电子混响室装置500包括金属丝网的法拉第笼。电子混响室500在这个实施例中能够类似于在微波炉前面的金属网筛式窗口那样起作用，其有效地阻止室内部的具有特定波长的微波泄露到外部环境。在这个特定实施例中，在特定频率范围下的电磁能量被困在金属丝网笼内部。然而，如果网孔金属丝足够粗并且孔远远小于辐射波长，则金属丝网结构还可以有效地使电子混响室实施例500的内部免受外部电磁辐射干扰。此外，金属丝网可以包括可被用电子方式调谐的集总元件，诸如变容二极管。可调谐集总元件的变化可以改变或者影响金属丝网的表面阻抗，由此改变或者影响从所述金属丝网反射的波的相位。在特定实施例中，金属丝网与可调谐集总元件耦合在一起以作为反射移相器进行操作。在这个实施例中，如果移相器有效地工作并且给予反射波的相移量被改变，则随机的或伪随机的电磁场在金属丝网笼内部被生成。

图6示意了由互补方形环谐振器实现的单位单元的示例性实施例600。图4和图6两者都示意了类似实施例的略微改变的视图，其中金属材料(405，605)被放置或者形成在诸如介电、聚合物或其他绝缘材料的另一物质410和610之上。在所示意的实施例中，一层金属还被放置在物质410和610的相对侧上。因此，物质410和610可以被夹在两个金属层之间。所示意的装置的实施例允许所描绘的结构通过采用印刷电路板(PCB)技术来实现。如图4所示的金属十字形可以包括可调谐集总元件415，如在下面更详细地说明的那样。同样地，如图6所示，可调谐集总元件615可以位于方形环间隙上。

在本装置的元件的一种布置中，变容二极管被用作可调谐集总元件415和615。变容二极管的电容通常是跨该变容二极管的端子施加的电压的函数。可调谐移相壁的子域的反射相位

例如可以通过改变变容二极管的电容而被调谐，如在下面所说明的那样。

除像先前所描述的那样生成随机的或伪随机的电磁场分布之外，所描绘的实施例还可以是可配置用于在依照所要求保护的主题的电子混响室的实施例情况下模拟特别复杂的电磁场分布环境。

如果在特定配置下使移相壁变得有损，则它可以吸收特定频率范围内的输入波。然而，在实践中一些电子装置典型地在单个频率或窄的一组频率下工作。因此，对于一个或多个实现或实施例可以灵活地调谐吸波频率范围。因此，除作为混响室的操作之外，本电子混响室发明的实施例还能够被配置成作为消声室(即设计成阻止电磁波的反射的室)来执行单频测试或测量。这为一个或多个实施例提供了多功能室的可能性。

如先前所建议的那样，包括混响室的实施例在图5中被示意。例如，超材料型表面(诸如金属丝网法拉第笼)可以被用来建造混响室。而且，线性或非线性集总元件(例如或者为分布元件或者为集中元件，诸如变容二极管)可以被加载到表面中以便使混响室的表面阻抗变为可调谐用于控制其内部的电磁场。电气地操纵的人工表面边界条件还可以被用来在室内部产生随机的或伪随机的电磁场。同样地，如所建议的那样，还可以在混响室内部模拟复杂电磁环境的电磁场分布。在某些电气条件下(例如施加到变容二极管的反向偏压)，类似结构或配置还可以被用作消声室。

作为例子，图5的电子混响室500被配置为使得图3所示的移相壁300被结合到该室中。可以在这样的壁中形成单位单元，例如具有诸如图4的单位单元400的十字形结构。金属丝网可以包括具有用来形成如上面参考图4所讨论的夹层结构的层的变容二极管。同样地，电压可以被施加在变容二极管上或者应用于该变容二极管。

图7和图8分别示意了包括在印刷电路板715上具有变容二极管710的金属丝网705的移相壁的实施例700的透视图和顶视图。在本发明的具体实施例中，冲击移相壁700的电磁波将引起电流在金属丝网705内流动。电荷然后环绕通过金属丝网705、变容二极管710的通路并且经由位于印刷电路板715底部的金属板流动。变容二极管可以具有可变电容，其可以通常为跨它们的端子施加的电压的函数。当然，在一些实现中，例如可以使用除变容二极管710以外的可调谐集总元件，诸如在下面所讨论的那样。

图9示意了结合并联谐振LC电路900的本发明的元件。如果移相壁的单位单元的尺寸足够地小于工作波长，则并联谐振LC电路900可以被用来近似移相器。在给定实施例中，如果尺寸为1cm的单位单元被用来近似移相器，则10cm或更大的波长可与其一起被采用。例如，可以针对移相壁的表面实现表面阻抗Z，在该表面中移相壁具有等效的集总阻抗值。

由于反射相位

可以是阻抗的函数，

其中

并且

因此可以通过调整移相壁中的变容二极管的电容来产生反射相位

如果由移相壁所产生的模拟振荡幅度可与工作波长相比或者大约为工作波长，则其各壁中的一个模拟正弦振荡运动而其他壁保持静态的矩形金属腔可能够在混响室内部实现大致均匀的电磁场分布。

本装置的一个给定实施例能够将模拟振荡壁实现为有效的移相器，其在位置上是固定的但在不同时刻供应不同的反射相位。结果，本装置提供移相壁的模拟机械振荡频率，其可以远远低于混响室装置内部的电磁波的载波频率，从而导致电场在一些观察点的慢变包络。然而，该包络可至少部分地由于在不同时刻的不同反射相位而看起来是随机的，再次假定模拟壁振荡的幅度不比工作波长短。振荡越强，场可以看起来越混乱或越随机。例如，如果入射波和反射波两者都具有固定位置，则由移相壁引入电磁波的较长的行进路径可以导致较大的相移。

结果，本装置的实施例能够提供通过采用可调谐集总元件来产生相对大的相移的电子混响室，即使该电子混响室的尺寸可与其工作波长相比。因此，可以构成具有比常规混响室小的规模的电子混响室的实施例。

图10示意了针对诸如图6所示的互补方形环谐振器单位单元的实施例的S11散射参数的相位部分的模拟信号值的图表1000。如图表1000所示，可以通过在从1.25GHz到2GHz的频率范围内从0.6pF到2.6pF调谐移相壁的变容二极管的电容来至少大致从-180度到+180度调整反射相位。时域有限差分(FDTD)方法可以被用来诸如依照国际电工委员会(IEC)标准来评估依照图3-8的设计是否充分均匀。

混响室中的EMC测试可以包括独立子测试。子测试可以在不同的电磁环境中进行。在常规混响室中，可以通过改变或者调整移动部分的位置，诸如通过将金属搅动器或叶片旋转若干度来实现条件。因此，可以获得包含诸如针对子测试在若干观察点处记录的电磁场强度和极化的信息的一个测量样本。在子测试被进行之后，可以在样本上对测量结果求平均并且可以应用统计电磁分析，这对于具有复杂时变边界条件的电磁问题来说可以是有用的。

均匀性可以被用作混响室的性能的度量或指标。混响室中的八个点可以被选择以形成矩形工作体，其还可以被称作“均匀场的体”。八个顶点(i＝1，2，...，8)可以被选择成为观察点。在一些情况下，如果电磁场在顶点观察点上看起来相对均匀，这暗示在工作体中生成的电磁场可有可能是充分均匀的。

N个样本在搅动器旋转期间可以被表示为θ_j＝θ₁，θ₃，...，θ_N。在旋转期间在观察点(x_i，y_i，z_i)处的单轴电场分量的极值

是

电场分量的标准偏差可以被计算为

${\mathrm{\&sigma;}}_{\mathrm{\&xi;}}=\sqrt{\frac{{\mathrm{\&Sigma;}}_{i=1}^8{\tilde{E}}_{\mathrm{\&xi;},i}-<{\tilde{E}}_{\mathrm{\&xi;}}>}{8-1}}\mathrm{where}<{\tilde{E}}_{\mathrm{\&xi;}}>=\frac{1}{8}{\mathrm{\&Sigma;}}_{i=1}^8{\widetilde{\mathrm{\&Sigma;}}}_{\mathrm{\&xi;},i}$

分贝表示法可以被用来获得更方便的表示

分贝表示法还可以被应用于幅度 ${\left|E(x_i,y_i,z_i)\right|}_{{\mathrm{\&theta;}}_i}=\sqrt{{\left|E_x\right|}^2+{\left|E_y\right|}^2+{\left|E_z\right|}^2}{|}_{{\mathrm{\&theta;}}_i}^{(x_i,y_i,z_i)}.$

对于可接受的模式搅动，相对于频率所绘制的标准偏差

应该位于例如容差水平以下以便与IEC标准兼容。换句话说，如果混响室的工作频率在80MHz到100MHz的范围内，则

应该小于4dB。如果工作频率从100MHz到400MHz，则

应该从4dB线性地降低到3dB。如果工作频率高于400MHz，则

应该小于3dB。在这些参数内，混响室内的场分布可以被认为是充分均匀的。

如图5所示的混响室实施例500可以通过扩展FDTD方法来模拟，所述扩展FDTD方法通过在安培定律公式中将集总电流密度项添加到传导和位移电流来说明集总元件。例如，模拟电子混响室沿x、y以及z轴的尺度在一个实现中可以包括52cm、60cm以及68cm。假定有28×32×36个FDTD单元栅格的计算空间并且单元栅格包括具有2cm边长的立方体。所提出的混响室模拟可以占据26×30×34个栅格。由八个观察点所确定的矩形工作体可以占据16×20×24个栅格。混响室和工作体可以具有位于FDTD坐标系统中的位置(14，16，18)处的重合中心。三角脉冲源可以在模拟的开始部分期间被添加到在位置(5，5，5)处的场分量E_x、E_y、E_z。

因为混响室包括屏蔽结构，所以与X轴垂直的两个室表面中的一个可以被移相器平面取替，而电导体边界条件可以被设置为剩余的五个室表面。如之前所讨论的那样，出于设计和操纵的简单性，移相器平面上的变容二极管可以服从类似的时变模式。在这个模拟中，例如可以进行62个数值子测试以生成62个样本。固定电容可以在特定子测试期间被应用于变容二极管，但62个子测试中的电容可以彼此不同。因此，可以获得与62个电容值相对应的62个非重复样本，这与其中可以采用62个不同搅动器位置的常规混响室中的情况类似。在这个模拟的样本中，应用程序可以运行65,536个FDTD时间步长以实现稳定性，并且快速傅里叶变换可以被用来采集频域信号值信息。

如果移相壁被添加到混响室并且变容二极管具有在迭代期间小心地施加的DC电压，则可以在工作体中获得基本上或充分均匀的场分布。在上面所讨论的模拟中，62个模拟样本被采集。

图11是针对依照所要求保护的主题的电子混响室的实施例的每个电场分量相对于频率的标准偏差的曲线图1100。图12是针对依照所要求保护的主题的电子混响室的实施例的电场的幅度相对于频率的标准偏差的曲线图1200。

如曲线图1100和1200所示，在大多数情况下充分均匀性被实现并且IEC标准被达到。换句话说，依照所要求保护的主题的混响室的实施例很好地适用于相对大的带宽。模拟结果暗示充分均匀的场分布可以通过使用简单模式来调谐相位调谐壁的变容二极管来实现。

为了实现在一些情形下可能是所期望的大工作体，可以从蔡氏电路中的电容器电压中对用于可调谐集总元件的偏压进行采样。因此，变容二极管的变化模式可以表现为混响室内的更大量的伪随机性。同样地，变容二极管不需要以相同的模式表现。不同电容可以被应用于平面上的不同变容二极管。在应用中，例如六个移相器平面可以根据需要被用来形成包围结构，这是因为混响室可能具有降低谐振频率的子波长效应。

图13示意了可寻址移相壁系统1300的实施例。可寻址移相壁系统1300可以包括移相表面1305、介电间隔件(背面上的地线)1310、可寻址网络1315以及待由微控制器1325执行以影响DC偏压的软件或编程指令1320。可寻址移相壁系统1300还可以包括仪表1330以监控电磁场特性。移相表面1305的局部相位特性可以通过操纵诸如图6所示的那些的单独的互补方形环谐振器单位单元来实现。采用这个结构的实施例实现了可与图7和图8所示的金属丝网结构相比的性能。在所示意的元件的可替换布置中，单独的互补方形环谐振器单位单元被制作和使用。

如在图13中所看到的，可寻址移相壁系统1300的顶层可以结合若干方形环孔口，所述方形环孔口可以包括多达四个变容二极管以便相对较大的调谐范围可以被实现。结构可以合理且良好地起作用而不管入射波是水平地还是垂直地极化。适合的变容二极管的示例包括来自Skyworks^TM的产品SMV1405。顶层中的金属部分可以例如包括铜或铝。介电间隔件1310(举例来说诸如FR-4PCB层压板)可以在顶层下面包括若干孔并且可以在其背面上包括铜地线。FR-4PCB层压板指的是用于印刷电路板的常用基底材料。缩写“FR”指示“阻燃剂”而类型“4”指示编织玻璃加强环氧树脂。控制板上的另一层可以包括可寻址网络或电路1315。在控制板上，若干微控制器1325可以被包括，其可以被设计成操纵施加到单位单元的变容二极管的DC偏压。

图14示意了可寻址移相壁1400的实施例的侧视图。图14示意了可以从底部至顶部钻孔以便变容二极管可以被独立地加偏压。

图13所示的微控制器1325可以包括可以使放大器输入偏压与所引发的无线电频率电流隔离的数字电位计、运算放大器以及一些表面安装的电阻器。信号可以依照软件1320来生成并且可以被应用于单独的电位计。电位计的输出范围典型地可能不足够宽以至于不能达到SMV1405变容二极管的全电容调谐范围。因此，可以利用运算放大器并且该运算放大器的输出信号可以被用作待施加到变容二极管的反向偏压。

图15是包括用于控制混响室1510内的电磁场的计算机1505的实施例1500的框图。计算机1505可以包括若干元件，诸如存储器1515、控制器1520、输出装置1525以及输入装置1530。存储器1515可以存储可由控制器1520执行的机器可读指令。控制器1520可以生成一个或多个控制信号以控制混响室1510内的电场。输入装置1530例如可以包括计算机鼠标、触针、轨迹球、键盘或能够从用户或另一装置接收输入的任何其他装置。输出装置1525可以将由控制器1520所生成的一个或多个控制信号传送到混响室1510的移相表面1535。

移相表面1535可以包括响应于一个或多个控制信号而可调谐的一个或多个可调谐集总元件。可调谐集总元件可以是可调谐用于在包围结构内生成在极化方面看起来是随机的或伪随机的但在幅度方面是充分均匀的电磁场。在一个或多个实施例中，混响室可以包括具有一个或多个壁的包围结构，并且移相表面1535可以被置于一个或多个壁中的至少一个上。

混响室的实施例可以包括六个移相壁。在混响室中可以存在许多单位单元。为了维持混响室的良好工作状态，简单但健壮的诊断电路可以被添加到微控制器中。工作条件可以由小型指示器灯来指示。如果诸如变容二极管的芯片或非线性集总部分发生故障，则对应的灯可以变得被照亮。如果诊断子系统出故障，则检查仪表有时还可以被用来检查集总元件。本发明还结合了使用如此描述的设备来执行并且实现创建、维护并且调制用于电子设备的EMC／EMI测试的均匀电场环境的功能的方法。这样的方法涉及但不限于其中一个或多个控制信号通过信号发生器来生成的生成步骤。传送步骤还被提供用于将一个或多个控制信号传送到一个或多个可调谐集总元件，其中所述一个或多个可调谐集总元件响应于一个或多个控制信号而可调谐用于在包围结构内生成在极化方面看起来是随机的或伪随机的但在幅度方面是充分均匀的电磁场。本方法还包括可选的第二传送步骤，其中用来调谐一个或多个可调谐元件以改变或者影响包围结构的一个或多个壁的至少一部分的表面阻抗的一个或多个控制元件的传输被执行。

上述处理功能能够作为由正确配置的计算机系统使用计算机可执行代码的一个或多个模块来执行的一系列编程步骤进行操作。例如，一组软件模块能够被配置成彼此协作以配置处理器，以便当被执行时它们提供被设计成控制前述功能的各种模块的准确控制。

如上面所讨论的那样，混响室的实施例可以被采用来为电子设备或装置的EMC／EMI测试生成随机的或伪随机的电磁场环境。依照所要求保护的主题的混响室的实施例可以具有优于常规方法的益处。例如，可以减少尺寸并且可以不需要机械结构(例如诸如金属叶片或风扇的搅动器)。进一步地，一个实施例可以使用可调谐电磁表面在特定区域中生成内部电磁场。可调谐表面可以使用线性和非线性的电子元件(例如分布元件和集总元件)来生成。

根据所描述的方法和设备的一个或多个实施方式，超材料型可调谐移相壁可以通过参与调谐步骤而在壁上产生子域的表面阻抗，其中调谐电压被施加在对应的可调谐集总元件(举例来说诸如变容二极管)上。因此，子域在相对大的带宽内生成具有范围从-180°至+180°的相位调整的反射电磁波。混响室的实施例例如可以将相对复杂的时变阻抗边界条件提供给电磁场，从而导致随机的或伪随机的电磁场分布以模拟实际的多径环境。

可以根据特定特征或示例通过至少部分地取决于所期望的应用的各种方式来实现本文中所描述的方法。例如，方法可以用硬件、固件、软件或其任何组合来实现。然而，意图不是所要求保护的主题涵盖软件本身。例如在硬件实施方式中，处理单元可以被实现在一个或多个专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理器件(DSPD)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、处理器、控制器、微控制器、微处理器、电子器件或被设计成执行诸如本文中所描述的那些的功能的其他装置单元或者它们的任何组合内。

同样地，在一些实施例中，方法可以用执行本文中所描述的功能的模块(例如过程、函数等等)或者它们的任何组合来实现。例如，可以使用有形地体现指令的任何机器可读介质。例如在实施例中，软件或代码可以被存储在存储器中并且由处理单元来执行。存储器可以被实现在处理单元内或者在处理单元外部。如本文中所使用的那样，术语“存储器”指的是任何类型的长期、短期、易失性、非易失性或其他存储器，并且不限于任何特定类型的存储器、存储器的数目或用于创建存储器的任何类型的介质。

同样地，存储介质可以采取产品的形式。存储介质可以包括可以被计算机、计算平台、计算装置等访问的任何可用介质。作为示例而不是限制，计算机可读或机器可读介质可以包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其他光盘存储装置、磁盘存储装置或其他磁存储装置，或者可以被用来携载或存储形式为可以被计算机、计算平台或计算装置访问的指令或信号样本值的期望程序代码的任何其他介质。

虽然已经示意或者描述了目前被认为是示例性特征的内容，但是本领域的技术人员将理解，可以进行各种其他修改，或者可以用等同物取代，而不背离所要求保护的主题。此外，可以作出许多修改以使特定情形适于所要求保护的主题的教导而不背离本文中所描述的构思。因此，意图是所要求保护的主题不限于所公开的特定示例，而是这样的所要求保护的主题还可以包括落入所附权利要求的范围内的所有方面及其等同物。

Claims (21)

1.一种设备，其包括：

被布置为形成包围结构的一个或多个壁；

控制器，用于生成一个或多个控制信号；以及

一个或多个可调谐集总元件，其响应于所述一个或多个控制信号而可调谐用于在所述包围结构内生成在极化方面看起来是随机的或伪随机的但在幅度方面充分均匀的电磁场。

2.根据权利要求1所述的设备，其中所述一个或多个壁中的至少一个包括可调谐移相壁。

3.根据权利要求1所述的设备，其中所述一个或多个壁中的至少一个包括导电网格材料。

4.根据权利要求1所述的设备，其中所述一个或多个可调谐元件可调谐用于改变或者影响所述一个或多个壁的至少一部分的表面阻抗。

5.根据权利要求1所述的设备，其中所述一个或多个可调谐集总元件包括至少一个变容二极管。

6.根据权利要求1所述的设备，其中所述一个或多个壁被划分成具有相应的表面阻抗的多个子域。

7.根据权利要求1所述的设备，其中所述一个或多个壁包括单元结构。

8.根据权利要求7所述的设备，其中所述单元结构包括十字形结构，其包括置于所述单元结构的相对侧上的金属层。

9.根据权利要求7所述的设备，其中所述单元结构包括互补方形环谐振器。

10. 根据权利要求1所述的设备，其中所述包围结构包括法拉第笼。

11.根据权利要求1所述的设备，其中一个或多个可调谐集总元件包括LC谐振电路。

12.根据权利要求1所述的设备，其中所述一个或多个可调谐集总元件可调谐用于充分地使所述包围结构内的电磁场随机化。

13.根据权利要求1所述的设备，其中所述一个或多个可调谐集总元件可调谐用于模拟所述包围结构内的复杂电磁环境的电磁场分布。

14.一种方法，其包括：

生成一个或多个控制信号；以及

将所述一个或多个控制信号传送到一个或多个可调谐集总元件，

其中所述一个或多个可调谐集总元件响应于所述一个或多个控制信号而可调谐用于在包围结构内生成在极化方面看起来是随机的或伪随机的但在幅度方面充分均匀的电磁场。

15.根据权利要求14所述的方法，其还包括传送所述一个或多个控制信号用于调谐所述一个或多个可调谐元件以改变或者影响所述包围结构的一个或多个壁的至少一部分的表面阻抗。

16.根据权利要求15所述的方法，其中所述一个或多个壁中的至少一个包括可调谐移相壁。

17.根据权利要求14所述的方法，其中所述包围结构包括法拉第笼。

18.一种产品，其包括：

存储介质，其包括可由专用设备执行的机器可读指令以：

生成一个或多个控制信号；

发起所述一个或多个控制信号到一个或多个可调谐集总元件的传输，其中所述一个或多个可调谐集总元件响应于所述一个或多个控制信号而可调谐用于在包围结构内生成在极化方面看起来是随机的或伪随机的但在幅度方面充分均匀的电磁场。

19.根据权利要求18所述的产品，其中所述机器可读指令还可由所述专用设备执行以发起所述一个或多个控制信号的传输，用于调谐所述一个或多个可调谐元件以改变或者影响所述包围结构的一个或多个壁的至少一部分的表面阻抗。

20.根据权利要求19所述的产品，其中所述一个或多个壁中的至少一个包括可调谐移相壁。

21.一种用于在生成一个或多个控制信号时利用与电子装置的特定连接的计算机实现的方法；其包括以下步骤：

将所述一个或多个控制信号传送到一个或多个可调谐集总元件，

在所述一个或多个可调谐集总元件处接收所述控制信号并且使所述元件响应于所述一个或多个控制信号而改变它们的阻抗，以及

在包围结构内基于所述元件的阻抗来生成电磁场，所述电磁场在极化方面看起来是随机的或伪随机的但在幅度方面充分均匀。

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