CN106597129B - 一种微波暗室 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微波暗室，包括电磁屏蔽室、安装于所述电磁屏蔽室内壁的吸波材料及测量天线，所述吸波材料至少上部为周期性角锥，其特征在于，所述微波暗室中至少位于非垂直入射的主反射区的吸波材料的角锥的棱边朝向主要来波方向。本发明通过一种简单，易操作，低成本的方式，在不改变暗室结构或吸波材料高度的情况下，仅仅通过改变吸波材料的布局就可以极大程度降低暗室反射，创造一个更纯净的测量环境，提高测量精度。
Description
技术领域
本发明涉及测量技术领域，尤其涉及一种用于无线性能参数测量的微波暗室。
背景技术
微波暗室又称为无回波室、无反射室或吸波暗室(以下简称暗室)，是在电磁屏蔽室的内壁(墙壁、地板、天棚等)铺设吸波材料，有效地吸收入射到这些地方的电磁波，减小或消除反射和散射，从而形成天线测量所需要的自由空间条件。微波暗室广泛应用于天线参数测量以及电磁波绕射、散射及辐射特性测量的理想场所。微波暗室最基本的功能是提供一个稳定可控的、满足测量所需的电磁信号环境。根据吸波材料安装方式的不同，微波暗室分为全波暗室、半波暗室两种。全波暗室内部所有表面都覆有吸波材料，用于模拟自由空间条件；半波暗室内部侧壁和顶部表面覆有吸波材料，地面为电波反射面，用于模拟开阔测试场地。
暗室所用的吸波材料几乎都是锥体，且大多为角锥型，典型的角锥型吸波材料如图1所示，包括基座和上部的周期性角锥。电磁波入射至吸波材料时，在电磁波的入射面或界面都会发生反射、投射(折射)和吸收。吸波材料的性能直接影响暗室内部的反射情况。为了降低暗室内部反射，现有技术中通常的做法是优化吸波材料的吸收效能，具体方法主要包括四种：(1)增加吸波剂的添加量；(2)增加锥体或平板的高度；(3)暗室不同区域铺设不同性能的吸波材料；(4)减小天线辐射到暗室主要反射区吸波材料的入射角度。对于第(1)种方法而言，一般情况下，随着吸波剂体积百分数的增加，吸波效能呈现增加的态势，但吸波剂的增加是有极限的，对导电材料来说(以炭粉为例)，它的极限不超过所要求的最低频率对应的趋肤深度，此外，还要考虑发泡倍数的影响。对于第(2)种方法而言，一般来说，锥体的高度与频宽和吸收效能是成正比的，随着高度增加，通常频宽有向低频段扩展的趋势，其吸收效果也相对较高，但为了达到这一点，还需降低炭粉含量或使含碳量呈阶梯分布。以上两种方法对吸波效能的改善效果有限，且会增加吸波体的重量和/或高度，同时也增加了成本。并且，对于较小的暗室而言，内部空间有限，无法使用较高的吸波材料。对于第(3)种方法而言，一般在暗室后墙铺设最高性能的吸波材料(一般来说即高度最高)，在暗室地面、屋顶及两个侧墙铺设较高性能的吸波材料，前墙铺设较差性能的吸波材料，由于吸波材料价格昂贵，这种做法仍然会极大的增大成本，并且对于较小的暗室而言，内部空间有限，无法使用较高的吸波材料。对于第(4)种方法，由于角锥型吸波材料对正入射电磁波的吸收性能最佳，而随着入射角度的增大，吸收性能逐渐恶化，常用解决方法是增大暗室尺寸使得某些主要反射区的入射角度减小，从而减小反射，或者设计异型吸波材料，使椎体顶部正对入射来波的方向，如CN 104005483B中公开的用于改善微波暗室静区性能的模块化介质栅栏。这种解决方法同样会增加暗室制造成本。
现有暗室中，吸波材料的放置方向未作特殊设计，通常以方便安装、减少浪费、美观为准则。以典型的矩形暗室为例，如图4a所示，为了便于安装，吸波材料是以类似“砌砖”的方式安装于暗室内壁。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术的不足，提供一种微波暗室，仅通过改变吸波材料的布局方式大幅降低暗室内部的反射噪声，提供一个纯净的测量环境，提高测量的准确性。
为实现上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种技术方案：
一种微波暗室，包括电磁屏蔽室、安装于所述电磁屏蔽室内壁的吸波材料及测量天线，所述吸波材料至少上部为周期性角锥，其特征在于，所述微波暗室中至少位于非垂直入射的主反射区的吸波材料的角锥的棱边朝向主要来波方向。
进一步，所述微波暗室中至少位于非垂直入射的主反射区的吸波材料的角锥的棱边正对主要来波方向。
进一步，所述微波暗室中测量天线周围的吸波材料的角锥的棱边朝向主要来波方向。
进一步，所述微波暗室中测量天线周围的吸波材料的角锥的棱边正对主要来波方向。
进一步，所述微波暗室中测量天线周围的吸波材料的角锥的棱边朝向临近测量天线的方向。
进一步，所述微波暗室中测量天线周围的吸波材料的角锥的棱边正对临近测量天线的方向。
本发明第二方面实施例提出了一种技术方案：
一种微波暗室，包括电磁屏蔽室、安装于所述电磁屏蔽室内壁的吸波材料及测量天线，所述吸波材料至少上部为周期性角锥，其特征在于，所述测量天线至少部分置于吸波材料中，所述测量天线的中心轴与所述吸波材料其中一个角锥的中心轴重合。
本发明通过一种简单，易操作，低成本的方式，在不改变暗室结构或吸波材料高度的情况下，仅仅通过改变吸波材料的布局就可以极大程度降低暗室反射，创造一个更纯净的测量环境，提高测量精度。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为一种典型的吸波材料示意图；
图2为矩形暗室中主反射区示意图，图中未示出吸波材料；
图3为矩形暗室中非垂直入射的主反射区示意图，图中未示出吸波材料；
图4a为现有的矩形暗室中吸波材料的布局示意图；
图4b为现有的矩形暗室中测量天线发射的电磁波到达非垂直入射的主反射区时的入射示意图，图中仅示出部分吸波材料；
图4c为现有的矩形暗室中测量天线发射的电磁波到达非垂直入射的主反射区时的局部入射示意图；
图5a为本发明实施例1暗室中测量天线发射的电磁波到达非垂直入射的主反射区时的入射示意图，图中仅示出部分吸波材料；
图5b为本发明实施例1暗室中测量天线发射的电磁波到达非垂直入射的主反射区时的局部入射示意图；
图5c为本发明实施例1暗室中测量天线发射的电磁波到达非垂直入射的主反射区时一种角度的局部入射俯视图；
图5d为本发明实施例1暗室中测量天线发射的电磁波到达非垂直入射的主反射区时另一种角度的局部入射俯视图；
图6为本发明实施例1的一种吸波材料布局方式示意图；
图7为一种圆柱形多探头暗室的外观示意图；
图8为现有的圆柱形多探头暗室中测量天线周围吸波材料的布局示意图；
图9a为本发明实施例2暗室中测量天线周围吸波材料的布局示意图；
图9b为本发明实施例2暗室中测量天线周围吸波材料的布局局部示意图；
图10a为本发明实施例3暗室中测量天线周围吸波材料的布局示意图；
图10b为本发明实施例3暗室中测量天线周围吸波材料的布局俯视图；
图11a为现有的暗室中测量天线周围吸波材料的布局示意图；
图11b为现有的暗室中测量天线周围吸波材料的布局俯视图。
具体实施方式
以下对本发明的实施方式作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
本发明的微波暗室(以下简称“暗室”)包括电磁屏蔽室、安装于所述电磁屏蔽室内壁的吸波材料及测量天线，所述吸波材料至少上部为周期性角锥，参阅图1，目前暗室中所用的吸波材料几乎为这类角锥型吸波材料，包括基座和上部的周期性角锥。众所周知，暗室内存在主反射区和次反射区，决定暗室中反射噪音的主要是主反射区的反射情况。通常来说，可认为暗室中测量天线发射的电磁波经过一次反射能到达测量静区的反射区域为主反射区，现有技术中可采用射线追踪法确定暗室中的主反射区，或通过菲涅尔原理确定暗室在各个反射面的主反射区。但由于不同暗室的反射特性各不相同，在确定主反射区时，根据暗室的具体情况，有时也需要考虑二次反射甚至三次反射。
矩形暗室是最常见的形状简单、用途广泛的暗室。参阅图2，矩形暗室包括6个面：测量天线101所在的顶面，测量天线对面靠近测量区域102的底面及4个侧面，一般来说，矩形暗室中的主反射区包括4个侧面上的第一主反射区201(图2中仅示出2个侧面上的第一主反射区201，通过现有技术可以很容易得知其余2个侧面上第一主反射区的位置)及底面上的第二主反射区202。其中，第二主反射区202为垂直入射的主反射区，即测量天线发射的电磁波在该区域的入射角为90度；第一主反射区201为非垂直入射的主反射区，即测量天线发射的电磁波在该区域的入射角不为90度，如图3所示。
现有的矩形暗室中，吸波材料的放置方向未作特殊设计，通常以方便安装、减少浪费、美观为准则。如图4a所示，为了便于安装，吸波材料是以类似“砌砖”的方式安装于暗室内壁。这种情况下，测量天线101发射的电磁波到达位于非垂直入射的主反射区即第一主反射区201的吸波材料时，如图4b及图4c所示，电磁波在吸波材料的上部角锥的侧平面上入射，根据电磁波传播特性，当入射界面为平面时，入射界面的两种介质阻抗剧烈变化，电磁波反射较强。
本发明实施例1中，暗室中至少位于非垂直入射的主反射区的吸波材料的角锥的棱边朝向主要来波方向。具体而言，参阅图5a-5d，暗室的第一主反射区201即非垂直入射的主反射区，主要来波方向即测量天线101到第一主反射区201的方向。所述“位于非垂直入射的主反射区的吸波材料的角锥的棱边朝向主要来波方向”理解为测量天线101发射至第一主反射区201的电磁波先到达位于第一主反射区201的吸波材料的角锥的棱边。其中，图5d所示为一种更优的实施方式，即所述棱边正对主要来波方向，“正对”理解为主要来波方向和棱边相邻的两个平面之间的夹角α相等。根据电磁波传播特性，当入射界面为棱角时，入射界面的两种介质阻抗相较于平面而言为渐变，在理想情况下可实现阻抗匹配，从而极大程度地减小了电磁波的反射，其中“正对”相较于“朝向”而言，阻抗变化更为平缓，因此反射更小。
另一方面，参阅图5a，本发明实施例1中，暗室中位于测量天线101周围的第三区域203的吸波材料的角锥的棱边朝向或正对(图5a中所示为“正对”的情况)主要来波方向，主要来波方向即测量天线101到4个侧面上的第一主反射区201的方向。此布局可以减少到达第一主反射区201的电磁波，也可认为是减小了测量天线101的波束宽度。
图5a中吸波材料的上述特殊布局仅针对第一主反射区201及第三区域203，其他区域的吸波材料可保留传统布局方式，或者，为了便于吸波材料的安装、减少吸波材料的浪费，可将暗室中所有的吸波材料按第一主反射区201及第三区域203中吸波材料的布局方式进行统一布局，如图6所示，可认为是将传统暗室中的吸波材料(如图4a所示)沿着各安装面的法线转动了45度。仿真结果及实际测量结果均显示，在同样的暗室环境中，图5a所示的暗室和图6所示的暗室的内部反射噪声均小于图4a所示的暗室。
对于另外一种圆柱形多探头暗室而言，如图7所示为这类暗室的一种外观示意图。对于多探头暗室而言，尤其是小型的多探头暗室，由于存在多个测量天线，测量天线之间的反射是暗室中一个极大的噪声来源，现有的此类暗室中测量天线101周围的吸波材料布局如图8所示。本发明实施例2中，如图9a-9b所示，位于暗室中测量天线101周围的第四区域204的吸波材料的角锥的棱边朝向或正对(图9a-9b中所示为“正对”的情况)临近测量天线101的方向，可认为是将传统暗室中的吸波材料(如图8所示)沿着各安装面的法线转动了45度，此种吸波材料布局可以有效的减少临近测量天线之间的反射噪声。
值得注意的是，在多探头暗室中，实施例1和实施例2中所述的吸波材料的不同布局方式应尽量兼顾，如难以兼顾则根据暗室中不同区域的具体反射强度进行选择。
另一方面，参阅图10a-10b，实施例3中，测量天线101至少部分置于吸波材料中，测量天线101的中心轴与所述吸波材料其中一个角锥301的中心轴重合。需要说明的是，角锥301是一个虚拟角锥，实际安装吸波材料时角锥301的至少部分去除用于放置天线。实施例3的布局方式可使测量天线101发射的电磁波在各个方向上都能在一定程度上被周围的吸波材料吸收。如图11a-11b所示是现有暗室中测量天线101的安装位置：测量天线101的中心轴位于吸波材料临近角锥之间的“十”字连接处401。这一布局的缺点是测量天线101发射的电磁波在“十”字连接处401的“十”字的4个方向上无吸波材料遮挡，从而在这4个方向可能存在严重的辐射，进而产生测量噪音，尤其是对于交叉极化测量天线而言，若“十”字的4个方向正好与测量天线的极化方向相同，辐射会更强。
上述实施例仅列举了常用的两类暗室进行说明，本发明同样适用于其他类型的暗室如锥形暗室、半圆形暗室、丁字形暗室、复合形暗室等。上述实施例中所述的测量天线可以是任一类型的测量天线，如单极化天线、交叉极化天线、圆极化天线等等。附图中的吸波材料的数量及高度仅是示意作用，并非实际铺设数目及高度比例。
以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种微波暗室，包括电磁屏蔽室、安装于所述电磁屏蔽室内壁的吸波材料及测量天线，所述吸波材料至少上部为周期性角锥，其特征在于，所述微波暗室中至少位于非垂直入射的主反射区的吸波材料的角锥的棱边朝向主要来波方向，所述吸波材料的角锥的棱边朝向主要来波方向，包括：将吸波材料沿着各安装面的法线转动45度使角锥的棱边朝向主要来波方向；所述微波暗室中测量天线周围的吸波材料的角锥的棱边正对主要来波方向。
2.如权利要求1所述的微波暗室，其特征在于，所述微波暗室中至少位于非垂直入射的主反射区的吸波材料的角锥的棱边正对主要来波方向。
3.如权利要求1或2所述的微波暗室，其特征在于，所述微波暗室中测量天线周围的吸波材料的角锥的棱边朝向主要来波方向。
4.如权利要求1或2所述的微波暗室，其特征在于，所述微波暗室中测量天线周围的吸波材料的角锥的棱边朝向临近测量天线的方向。
5.如权利要求4所述的微波暗室，其特征在于，所述微波暗室中测量天线周围的吸波材料的角锥的棱边正对临近测量天线的方向。
6.一种微波暗室，包括电磁屏蔽室、安装于所述电磁屏蔽室内壁的吸波材料及多个测量天线，所述吸波材料至少上部为周期性角锥，其特征在于，所述测量天线至少部分置于吸波材料中，所述测量天线的中心轴与所述吸波材料其中一个角锥的中心轴重合，并将吸波材料沿着各安装面的法线转动45度，使角锥的棱边朝向或正对临近测量天线；
所述微波暗室中测量天线周围的吸波材料的角锥的棱边正对主要来波方向。
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