CN106294998A - 一种电磁混响室腔体的尺寸优化方法及装置 - Google Patents

一种电磁混响室腔体的尺寸优化方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电磁混响室设计制造领域，公开了一种电磁混响室腔体尺寸优化方法及装置，通过获取最小加工精度值A0，获取最大可用腔体的尺寸，计算出素数集r、s和t，根据所述素数集r、s和t的最大值Rmax、Smax和Tmax，计算电磁混响室腔体尺寸。本发明在考虑加工精度和自然形变的基础上，提出一种有效且实用的方法，确定电磁混响室的设计尺寸，避免简并模的产生，并通过具有随机特征的机械搅拌桨边缘切割改善了电磁混响室中磁场的均匀性。

Description

一种电磁混响室腔体的尺寸优化方法及装置
技术领域
本发明涉及电磁混响室设计制造领域，尤其涉及一种电磁混响室腔体的尺寸优化方法及装置。
背景技术
典型电磁混响室的基本组成部分有：腔体内表面具有良好电磁反射特性的电磁屏蔽腔体、能够稳定转动的金属机械搅拌桨及其控制器、发射天线及支架、工作区测试台以及相关配套设备。电磁混响室的发射天线一般为定向天线，置于腔体内部角落的位置，朝向为角落或内部的某机械搅拌桨。在腔体内选定较为中心的位置作为工作区，可以用于放置被测设备。
由于电磁混响室的基本功能是在工作区内产生统计意义上具有各向同性的均匀电磁场，因此电磁混响室的场均匀性是电磁混响室的重要技术指标。在内部机械搅拌桨转动一周的过程中，在工作区内的不同位置测量所能接收到的不同方向最大场强，对这些最大场强的均匀程度进行量化评估即得到电磁混响室的场均匀性。
为使得电磁混响室具有较好的场均匀性，一般按照共振模式分析的方法对电磁混响室进行指标分析和尺寸设计。其中电磁混响室内的共振模式按理想矩形腔进行估计，其共振频率与腔体尺寸之间的关系为：
f l m n = c 0 2 ( l L ) 2 + ( m W ) 2 + ( n H ) 2 - - - ( 1 )
其中，c0为真空光速，L、W、H为混响室的长、宽、高(单位m)，l、m、n为最多只有一个为0的自然数。
当电磁混响室的腔体外形尺寸之间存在比例关系时，会产生简并模，即可能出现fj＝flmn＝fpqr的情况，则该频率fj处的存在多个共振模式，相关研究表明此时场均匀性会劣化。因此传统设计方法是要求腔体外形尺寸尽量保持无理数的比例关系。
现有技术在实际建造和使用过程中，电磁混响室腔体尺寸之间的无理数的比例关系无法得到绝对准确的实现，主要是因为：①加工精度的限制；②加工完成后的自然形变，因此传统的无理数法并不具有足够的实用价值。
发明内容
本发明提供一种电磁混响室腔体的尺寸优化方法及装置，解决现有技术中无理数法在设计优化的电磁混响室腔体的尺寸方面不具有足够的实用价值的技术问题。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种电磁混响室腔体的尺寸优化方法，包括：
获取最小加工精度值A0，；
获取最大可用腔体的尺寸，其中，所述尺寸包括最大可用腔体的长L、宽W和高H；
计算出素数集r、s和t，其中，rA0≤L、sA0≤W和tA0≤H；
根据所述素数集r、s和t的最大值Rmax、Smax和Tmax，计算电磁混响室腔体尺寸，所述尺寸包括长l＝Rmax、宽w＝Smax和高h＝Tmax。
一种电磁混响室腔体及搅拌桨的尺寸优化装置，包括：
误差计算模块，用于获取最小加工精度值A0；
第一初始化模块，用于获取最大可用腔体的尺寸，其中，所述尺寸包括最大可用腔体的长L、宽W和高H，所述基本参数为每个桨叶边缘所切割形状个数的取值范围(Nmin，Nmax)和所切割形状的尺寸范围(Pmin，Pmax)；
第一计算单元，用于计算出素数集r、s和t，其中，rA0≤L、sA0≤W和tA0≤H；
第二计算单元，用于根据所述素数集r、s和t的最大值Rmax、Smax和Tmax，计算电磁混响室腔体长尺寸，所述尺寸包括l＝Rmax、宽w＝Smax和高h＝Tmax。
本发明提供一种电磁混响室腔体及搅拌桨的尺寸优化方法及装置，通过获取最小加工精度值A0，获取最大可用腔体的尺寸，计算出素数集r、s和t，根据所述素数集r、s和t的最大值Rmax、Smax和Tmax，计算电磁混响室腔体尺寸。本发明在考虑加工精度和自然形变的基础上，提出一种有效且实用的方法，确定电磁混响室的设计尺寸，避免简并模的产生，改善了电磁混响室中磁场的均匀性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的一种电磁混响室腔体及搅拌桨的尺寸优化方法的流程图；
图2为进行过边缘切割的“W型”弯折结构，桨叶夹角120°，横桨的基本形状的示意图；
图3为在每片桨叶边缘处，切割出2～4个三角形切割，三角形之间的间隙均匀分布的示意图；
图4为边缘切割式4叶轴对称结构示意图；
图5为未切割前，单个子桨叶的基本参数示意图；
图6为本发明实施例提供的一种电磁混响室腔体及搅拌桨的尺寸优化装置的结构框图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，为一种电磁混响室腔体及搅拌桨的尺寸优化方法，包括：
步骤101、获取最小加工精度值A0；
其中，在综合考虑加工精度和自然形变的情况下，可知最小加工精度值A0。
步骤102、获取最大可用腔体的尺寸；
其中，所述尺寸包括最大可用腔体的长L、宽W和高H。
步骤103、计算出素数集r、s和t；
其中，素数集r、s和t是由一系列素数组成的集合，集合中的rA0≤L、sA0≤W和tA0≤H；
步骤104、根据所述素数集r、s和t的最大值Rmax、Smax和Tmax，计算电磁混响室腔体尺寸；
其中，所述尺寸包括长l＝Rmax、宽w＝Smax和高h＝Tmax；
本发明提供一种电磁混响室腔体及搅拌桨的尺寸优化方法及装置，通过获取最小加工精度值A0，获取最大可用腔体的尺寸，计算出素数集r、s和t，根据所述素数集r、s和t的最大值Rmax、Smax和Tmax，计算电磁混响室腔体尺寸。本发明在考虑加工精度和自然形变的基础上，提出一种有效且实用的方法，确定电磁混响室的设计尺寸，避免简并模的产生，改善了电磁混响室中磁场的均匀性。
步骤104之后还可以包括：
步骤105、根据电磁混响室腔体尺寸，确定机械搅拌桨个数、机械搅拌桨基本形状和机械搅拌桨的基本尺寸；
其中，所述基本尺寸为每个桨叶边缘所切割形状个数的取值范围(Nmin，Nmax)和所切割形状的尺寸范围(Pmin，Pmax)。
步骤106、在每个桨叶边缘所切割形状个数的取值范围内确定所切割形状N，并根据所切割形状的尺寸范围确定所切割形状的尺寸或所切割形状的参考点坐标。
其中，步骤106具体可以包括：
步骤106-1、生成0至1之间的随机数m；
步骤106-2、根据N＝Nmin+floor[m(Nmax-Nmin+1)]，计算每个桨叶边缘切割形状的数量N，其中，floor[x]表示对x下取整数，Nmin为每个桨叶边缘所切割形状的最小个数。
步骤106-3、生成0至1之间的随机数n；
步骤106-4、根据P＝Pmin+n(Pmax-Pmin)，计算每个桨叶边缘上所切割形状的尺寸P或所切割形状的顶点坐标P。
本发明实施例结合实际情况，基于素数集r、s和t，取r、s和t中尽可能大的素数作为确定电磁混响室外形尺寸参数的基本方法，将有效解决无理数比例无法在有限加工精度和考虑自然形变作用时的尺寸设计问题，使得电磁混响室尽可能避免简并模的存在而影响电磁混响室的场均匀性。同时，本发明所确定的边缘切割所切割形状个数、所切割形状的尺寸或所切割形状的参考点坐标，将具有充分的均匀性，满足理论上优化电磁混响室低频场均匀性的需求。
基于以上的一种电磁混响室腔体及搅拌桨的尺寸优化方法，下面结合实际应用案例，介绍电磁混响室腔体的尺寸设计和搅拌桨的边缘切割，
一、电磁混响室内腔体尺寸设计实施例
首先，获取最大可用内腔体尺寸为6.45米×5.10米×5.60米。综合考虑加工精度和自然形变，按照0.01米为最小精度来设计内腔体尺寸。此时，无法精确控制腔体尺寸比例为无理数。为尽量避免简并模的存在，假设电磁混响室内腔体三维度尺寸分别为0.01米这一最小单位长度的r、s和t倍，则r、s和t均为素数，则具有最低谐振频率的简并模所对应的工作频率应为：
fJ min＝f1s0＝f10t当r、s和t尽可能大时，fJ min也将尽可能大。
结合实际施工状态，在素数集中，我们选取r、s和t分别为643、509和557，即内腔体尺寸为6.43米×5.09米×5.57米，理论上最低简并模将在高于15GHz处出现。而高于15GHz处，电磁波波长小于20毫米，与加工和自然形变所带来的误差相当，因此其电场均匀性不能再按照理想立方体假设进行评估。实验研究表明，当工作频率高于4GHz时，由于模式密度急剧增大，场均匀性基本不再受到简并模的影响且满足实际使用需求。
二、电磁混响室横搅拌桨设计
桨叶类型：进行过边缘切割的“W型”弯折结构，桨叶夹角120°，横桨的基本形状如图2所示，基本参数：桨叶长4.8m，共由6片桨叶组成，每片桨叶的宽度为1.7m。在每片桨叶边缘处，切割出2～4个三角形切割，三角形之间的间隙均匀分布，如图3所示。生成0至1之间的随机数，随机确定每片桨叶边缘处三角形数量及三角形的底边和高度尺寸：数量在2～4之间随机分布，底边宽度在100mm～250mm之间随机分布，高度在100mm～400mm之间随机分布，最终得到每个页面上的边缘切割参数如表1所示。
表1各桨叶边缘切割参数(单位mm)
叶面编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2
切割三角形数量 4 3 3 4 3 2 4 3 3 4 2 3
d1 281 226 352 387 212 114 215 340 285 175 396 341
w1 103 233 133 192 248 215 144 190 188 249 233 119
d2 216 155 320 180 126 317 288 324 273 235 109 397
w2 203 235 127 241 242 151 202 213 177 153 168 146
d3 143 318 271 377 292 / 106 344 259 168 / 120
w3 218 194 106 153 201 / 179 188 112 246 / 209
d4 108 / / 167 / / 373 / / 341 / /
w4 180 / / 162 / / 162 / / 152 / /
三、电磁混响室竖搅拌桨设计
桨叶类型：边缘切割式4叶轴对称结构，如图4所示。竖搅拌桨共计放置5组图4所示结构，共同构成竖桨。各组的中心点间隔均为1m，其中最低的中心点距离地面高1.2m。每片桨叶的两个子叶面夹角120°。未切割前，单个子桨叶的基本参数如图5所示。在每片桨叶边缘处，定出12个点，作依次连线，以确定所需切割的边缘。其中第偶数个点的y轴值保持恒定，为54(单位mm)。共需确定40组数据，x坐标如表2所示，y坐标如表3所示。以mm为尺寸单位时，尺寸参数x2～x11为0～800之间随机产生的从小到大排列的10个数；y(2n-1)(n＝1∶6)为0～54之间随机产生。
表2各子桨叶x坐标(单位mm)
子桨叶编号 x1 x2 x3 x4 x5 x6 x7 x8 x9 x10 x11 x12
1 0 73 145 218 291 364 436 509 582 655 727 800
2 0 73 145 218 291 364 436 509 582 655 727 800
3 0 73 145 218 291 364 436 509 582 655 727 800
4 0 73 145 218 291 364 436 509 582 655 727 800
5 0 73 145 218 291 364 436 509 582 655 727 800
6 0 73 145 218 291 364 436 509 582 655 727 800
7 0 73 145 218 291 364 436 509 582 655 727 800
8 0 73 145 218 291 364 436 509 582 655 727 800
9 0 73 145 218 291 364 436 509 582 655 727 800
10 0 73 145 218 291 364 436 509 582 655 727 800
11 0 73 145 218 291 364 436 509 582 655 727 800
12 0 73 145 218 291 364 436 509 582 655 727 800
13 0 73 145 218 291 364 436 509 582 655 727 800
14 0 73 145 218 291 364 436 509 582 655 727 800
15 0 73 145 218 291 364 436 509 582 655 727 800
16 0 73 145 218 291 364 436 509 582 655 727 800
17 0 73 145 218 291 364 436 509 582 655 727 800
18 0 73 145 218 291 364 436 509 582 655 727 800
19 0 73 145 218 291 364 436 509 582 655 727 800
20 0 73 145 218 291 364 436 509 582 655 727 800
21 0 73 145 218 291 364 436 509 582 655 727 800
22 0 73 145 218 291 364 436 509 582 655 727 800
23 0 73 145 218 291 364 436 509 582 655 727 800
24 0 73 145 218 291 364 436 509 582 655 727 800
25 0 73 145 218 291 364 436 509 582 655 727 800
26 0 73 145 218 291 364 436 509 582 655 727 800
27 0 73 145 218 291 364 436 509 582 655 727 800
表3各子桨叶y坐标(单位mm)
子桨叶编号 y1 y2 y3 y4 y5 y6 y7 y8 y9 y10 y11 y12
1 38 54 54 54 39 54 52 54 52 54 22 54
2 28 54 42 54 13 54 16 54 4 54 3 54
3 21 54 45 54 22 54 9 54 29 54 31 54
4 4 54 38 54 15 54 20 54 15 54 41 54
5 20 54 32 54 45 54 40 54 26 54 18 54
6 13 54 41 54 54 54 38 54 37 54 27 54
7 11 54 27 54 35 54 38 54 11 54 12 54
8 44 54 47 54 38 54 1 54 33 54 51 54
9 21 54 4 54 51 54 20 54 18 54 26 54
10 3 54 53 54 37 54 49 54 48 54 29 54
11 21 54 6 54 31 54 17 54 7 54 12 54
12 42 54 30 54 21 54 32 54 6 54 5 54
13 9 54 22 54 35 54 16 54 52 54 3 54
14 50 54 6 54 20 5 7 54 9 5 45 54
15 17 54 39 54 22 54 21 54 8 54 42 54
16 18 54 33 54 20 54 44 54 9 54 11 54
17 11 54 43 54 26 54 53 54 5 54 49 54
18 42 54 31 54 27 54 47 54 25 54 37 54
19 4 54 44 54 49 54 5 54 36 54 36 54
20 52 54 31 54 11 54 18 54 45 54 54 54
21 9 54 51 54 19 54 13 54 43 54 2 54
22 16 54 47 54 31 54 17 54 39 54 23 54
23 37 54 28 54 27 54 53 54 26 54 27 54
24 8 54 43 54 14 54 30 54 39 54 32 54
25 28 54 26 54 32 54 41 54 52 54 5 54
26 39 54 45 54 48 54 46 54 28 54 36 54
27 50 54 18 54 4 54 9 54 17 54 3 54
本发明实施例还提供了一种电磁混响室腔体及搅拌桨的尺寸优化装置，如图6所示，包括：
误差计算模块610，用于获取最小加工精度值A0；
第一初始化模块620，用于获取最大可用腔体的尺寸，其中，所述尺寸包括最大可用腔体的长L、宽W和高H；
第一计算模块630，用于计算出素数集r、s和t，其中，rA0≤L、sA0≤W和tA0≤H；
第二计算模块640，用于根据所述素数集r、s和t的最大值Rmax、Smax和Tmax，计算电磁混响室腔体尺寸，所述尺寸包括长l＝Rmax、宽w＝Smax和高h＝Tmax。
本装置还可以包括：
第二初始化模块650，用于根据电磁混响室腔体尺寸，确定机械搅拌桨个数、机械搅拌桨基本形状和机械搅拌桨的基本尺寸，其中，所述基本尺寸为每个桨叶边缘所切割形状个数的取值范围(Nmin，Nmax)和所切割形状的尺寸范围(Pmin，Pmax)；
第三计算模块660，用于在每个桨叶边缘所切割形状个数的取值范围内确定所切割形状N，并根据所切割形状的尺寸范围确定所切割形状的尺寸或所切割形状的参考点坐标。
其中，所述第三计算模块660，包括：
第一随机数产生单元661，用于生成0至1之间的随机数m；
数量计算单元662，用于根据N＝Nmin+floor[m(Nmax-Nmin+1)]，计算每个桨叶边缘切割形状的数量N，其中，floor[x]表示对x下取整数，Nmin为每个桨叶边缘所切割形状的最小个数。
第二随机数产生单元663，用于生成0至1之间的随机数n；
尺寸计算单元664，用于根据P＝Pmin+n(Pmax-Pmin)，计算每个桨叶边缘上所切割形状的尺寸P或所切割形状的顶点坐标P。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的硬件平台的方式来实现，当然也可以全部通过硬件来实施但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案对背景技术做出贡献的全部或者部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
以上对本发明进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种电磁混响室腔体尺寸优化方法，其特征在于，包括：
获取最小加工精度值A0，；
获取最大可用腔体的尺寸，其中，所述尺寸包括最大可用腔体的长L、宽W和高H；
计算出素数集r、s和t，其中，rA0≤L、sA0≤W和tA0≤H；
根据所述素数r、s和t集的最大值Rmax、Smax和Tmax，计算电磁混响室腔体尺寸，所述尺寸包括长l＝Rmax、宽w＝Smax和高h＝Tmax。
2.根据权利要求1所述的电磁混响室腔体尺寸优化方法，其特征在于，所述计算电磁混响室腔体尺寸之后，还包括：
根据电磁混响室腔体尺寸，确定机械搅拌桨个数、机械搅拌桨基本形状和机械搅拌桨的基本尺寸，其中，所述基本尺寸为每个桨叶边缘所切割形状个数的取值范围(Nmin，Nmax)和所切割形状的尺寸范围(Pmin，Pmax)；
在每个桨叶边缘所切割形状个数的取值范围内确定所切割形状N，并根据所切割形状的尺寸范围确定所切割形状的尺寸或所切割形状的参考点坐标。
3.根据权利要求2所述的电磁混响室腔体尺寸优化方法，其特征在于，所述在每个桨叶边缘所切割形状个数的取值范围内确定所切割形状N，并根据所切割形状的尺寸范围确定所切割形状的尺寸或所切割形状的参考点坐标，包括：
生成0至1之间的随机数m；
根据N＝Nmin+floor[m(Nmax-Nmin+1)]，计算每个桨叶边缘切割形状的数量N，其中，floor[x]表示对x下取整数，Nmin为每个桨叶边缘所切割形状的最小个数；
生成0至1之间的随机数n；
根据P＝Pmin+n(Pmax-Pmin)，计算每个桨叶边缘上所切割形状的尺寸P或所切割形状的顶点坐标P。
4.一种电磁混响室腔体尺寸优化装置，其特征在于，包括：
误差计算模块，用于获取最小加工精度值A0；
第一初始化模块，用于获取最大可用腔体的尺寸，其中，所述尺寸包括最大可用腔体的长L、宽W和高H；
第一计算模块，用于计算出素数集r、s和t，其中，rA0≤L、sA0≤W和tA0≤H；
第二计算模块，用于根据所述素数集r、s和t的最大值Rmax、Smax和Tmax，计算电磁混响室腔体尺寸，所述尺寸包括长l＝Rmax、宽w＝Smax和高h＝Tmax。
5.根据权利要求4所述的电磁混响室腔体尺寸优化装置，其特征在于，还包括：
第二初始化模块，用于根据电磁混响室腔体尺寸，确定机械搅拌桨个数、机械搅拌桨基本形状和机械搅拌桨的基本尺寸，其中，所述基本尺寸为每个桨叶边缘所切割形状个数的取值范围(Nmin，Nmax)和所切割形状的尺寸范围(Pmin，Pmax)；
第三计算模块，用于在每个桨叶边缘所切割形状个数的取值范围内确定所切割形状N，并根据所切割形状的尺寸范围确定所切割形状的尺寸或所切割形状的参考点坐标。
6.根据权利要求5所述的电磁混响室腔体尺寸优化装置，其特征在于，所述第三计算模块，包括：
随机数产生单元，用于生成0至1之间的随机数m；
数量计算单元，用于根据N＝Nmin+floor[m(Nmax-Nmin+1)]，计算每个桨叶边缘切割形状的数量N，其中，floor[x]表示对x下取整数，Nmin为每个桨叶边缘所切割形状的最小个数；
随机数产生单元，用于生成0至1之间的随机数n；
尺寸计算单元，用于根据P＝Pmin+n(Pmax-Pmin)，计算每个桨叶边缘上所切割形状的尺寸P或所切割形状的顶点坐标P。
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