CN204008888U - 一种源搅拌电磁混响室 - Google Patents

Abstract

一种源搅拌电磁混响室及其搅拌方法，包括电磁屏蔽室、安装于电磁屏蔽室侧壁上的源搅拌装置，以及用于描述发射天线安装、运动及控制方式的源搅拌方法。通过控制旋转轴转动实现发射天线的位置和极化方向同时改变；旋转轴的驱动装置安装于混响室外侧，并通过转接机构带动安装于混响室内壁的旋转轴转动。本实用新型通过单天线转动实现混响室内部的场均匀性，有效地提高了混响室内部空间利用率，相同体积的源搅拌混响室可以实现更大的测试区域；对于相同大小的EUT，可以设计出体积更小的源搅拌混响室，从而更加有利于产生高场强；本实用新型同样适用于混响室内配置多部发射天线进行源搅拌的情况。

Description

一种源搅拌电磁混响室

技术领域

本实用新型涉及电磁兼容性实验与测试领域，具体地说是一种源搅拌电磁混响室及其搅拌方法。

背景技术

现有的电磁混响室一般为机械搅拌混响室，通过改变机械搅拌器的状态来改变混响室内部的电磁边界条件，进而达到改变混响室内部电磁场分布的目的。由于混响室内壁的多次反射以及搅拌器的“搅拌”作用，混响室内部的电磁环境呈现出统计意义上的均匀各向同性的特征，即在搅拌器搅拌过程中，测试区域的任意位置上电磁场的相位和幅度、电磁波的入射方向和极化方向等都是统计均匀分布的，因而可以较真实地模拟复杂、随机的实际电磁环境。

机械搅拌混响室内部存在一个或多个体积庞大的机械搅拌器，且为了避免搅拌器对发射天线和测试区域的影响，IEC61000-4-21:2011标准规定，搅拌器与发射天线以及测试区域的距离应不小于最低可用频率对应波长的1/4。搅拌器占据了较大的混响室内部空间，使得机械搅拌混响室的空间利用率不高。

源搅拌混响室是通过改变源天线的位置和极化方向来实现混响室内电磁场分布的改变，只要合理地设计天线的运动形式，也可以在混响室内部产生统计均匀、统计各向同性的电磁场。

与机械搅拌混响室相比，源搅拌混响室不需要体积庞大的机械搅拌器，以源天线位置和极化方向的改变实现“搅拌”，有效地提高了混响室的空间利用率，从而在相同体积的混响室内可以产生更大的测试区域。另一方面，对于相同的受试设备，源搅拌混响室的设计体积比机械搅拌混响室更小，馈入的电磁能量被约束在更小的空间内，从而使得在相同的功率输入条件下可以在混响室内部获得更高场强的电磁场。此外，通过源搅拌可以获得比机械搅拌更低的混响室最低可用频率，因而能够更加突出混响室的优越性。

实现源搅拌电磁混响室的最大困难在于如何设计易于工程实现的天线运动方式。文献“A novel reverberating chamber: the source-stirred chamber”首次从原理上论证了源搅拌方法的可行性，但未能给出源搅拌方法具体的实现方式；文献“利用多天线源搅拌改善混响室场均匀性的分析”基于仿真研究了在机械搅拌混响室内添加多天线源搅拌来改善混响室内测试区域场均匀性，但文中采用的多副发射天线随机设置的源搅拌方法不易工程实现；文献“电磁兼容混响室的理论分析与实验研究”通过实验证明了在机械搅拌混响室基础上添加源搅拌因素使低频时混响室内测试区域的场均匀性得到了较明显的改善，但其采用的移动发射天线到多个位置的源搅拌方法也不易工程实现。因此，探索工程上可行的电磁混响室源搅拌方法具有重要的应用价值。

发明内容

为了解决机械搅拌混响室内部空间利用率不高、单位功率产生场强能力较低的技术问题，本实用新型提供了一种源搅拌电磁混响室及其搅拌方法，可用于在电磁混响室内实现统计均匀、统计各向同性的电磁场测试环境，可以作为实现源搅拌电磁混响室的技术途径。

本实用新型的技术解决方案是：

一种源搅拌电磁混响室，其特殊之处在于：包括设置在电磁屏蔽室侧壁上的源搅拌组件：

所述源搅拌组件包括步进电机、与步进电机连接的旋转轴、设置在旋转轴上的扩展臂以及设置在扩展臂上的发射天线；

所述旋转轴为“L”型，所述发射天线安装于“L”型旋转轴的扩展臂上，通过控制旋转轴转动至不同状态带动发射天线的位置和极化方向同时改变；所述旋转轴及扩展臂的长度均可调整。

上述源搅拌组件至少设置一个。

上述步进电机设置于电磁屏蔽室外侧，并通过连接机构带动设置于电磁屏蔽室内壁的旋转轴转动。

上述发射天线在1GHz以内（低频）采用双锥对数周期天线或对数周期天线，1GHz以上（高频）采用喇叭天线。

上述连接机构能实现发射天线初始指向和极化方向的手动设置；扩展臂垂直安装于旋转轴的一端，与旋转轴构成“L”型。

上述发射天线的初始安装位置由旋转轴的安装位置、长度、初始转动角度以及扩展臂的长度因素决定；发射天线与电磁屏蔽室内壁之间距离至少为1m或大于四分之一最低可用频率对应的波长。

上述发射天线的初始姿态包括发射天线的指向和极化方向；发射天线应指向背离测试区域的混响室角落；极化方向应保证在电磁屏蔽室内部空间的三个直角坐标方向上都有一定的分量，避免发射天线与电磁屏蔽室某个直角坐标方向垂直的情况。

上述连接机构为在电磁屏蔽室内壁上的过壁轴承，过壁轴承与安装于电磁屏蔽室外壁上的步进电机相连。

上述旋转轴安装于电磁屏蔽室内壁面上的中点位置，以保证发射天线具有最大的转动半径。

上述源搅拌电磁混响室的搅拌方法，其特殊之处在于：包括以下步骤：

1）将发射天线安装于扩展臂的一端，通过调节扩展臂在旋转轴上的安装位置改变发射天线相对于旋转轴的旋转半径，并记录发射天线的初始位置；

2）以发射天线的安装位置为中心，旋转发射天线，设定发射天线的初始指向和极化方式；

3）连通源搅拌组件的进步电机电源；

4）向发射天线馈入电磁信号；

5）停止向发射天线馈入电磁信号，通过源搅拌组件的进步电机自动旋转发射天线至下一个位置；

6）重复步骤4）和步骤5），直至发射天线完成一个周期的旋转。

本实用新型的优点是：

1、本实用新型通过天线运动实现“搅拌”，去掉了体积庞大的机械搅拌器，从而有效地提高了混响室内部的空间利用率，与同样体积的机械搅拌混响室相比，可以实现更大的测试区域。同理，若实现同样大小的测试区域，可以比机械搅拌混响室设计的更小，从而更有利于产生高场强；

2、本实用新型采用单天线转动的源搅拌方法，运动形式简单，便于设计自动控制系统，实现发射天线运动的自动控制，从而可大大减少混响室测试过程中的人工干预，提高测试效率和测试的重复性；

3、本实用新型采用安装于电磁屏蔽室外部的步进电机控制安装于电磁屏蔽室内部的发射天线进行转动，避免了在混响室内强电磁场环境下电机及控制电路难以保证正常工作的问题，易于工程实现；

4、本实用新型采用在旋转轴上安装扩展臂构成“L”型旋转轴，将发射天线安装于扩展臂上，发射天线的初始姿态和扩展臂的长度都可调整，提高了天线初始状态设置的灵活性，便于实现天线在转动过程中天线的极化方向和天线位置都有较明显的改变，有利于改善混响室内测试区域的场均匀性；

5、本实用新型同样适用于混响室内配置多部发射天线的情况。当电磁混响室的尺寸较大时，一副发射天线在混响室内转动不能够实现充分的“搅拌”，此时需要增加发射天线的数量。混响室内发射天线的数量需要根据混响室的具体尺寸进行设计。

附图说明

图1为本实用新型的总体设计示意图。

附图标号说明：1-电磁屏蔽室，2-发射天线，3-步进电机，4-旋转轴，5-扩展臂，6-测试区域。

具体实施方式

参见图1，一种源搅拌电磁混响室，包括电磁屏蔽室1，还包括设置在电磁屏蔽室1侧壁上的源搅拌组件；源搅拌组件包括步进电机3、与步进电机3连接的旋转轴4、设置在旋转轴4上的扩展臂5以及设置在扩展臂5上的发射天线2；源搅拌组件至少1个。

一种源搅拌混响室的搅拌方法，包括以下步骤：

1）将发射天线2安装于扩展臂5的一端，通过调节扩展臂5在旋转轴4上的安装位置改变发射天线2相对于旋转轴4的旋转半径，并记录发射天线2的初始位置；

2）以发射天线2的安装位置为中心，旋转发射天线2，设定发射天线2的初始指向和极化方式；

3）连通源搅拌组件的进步电机3电源；

4）向发射天线2馈入电磁信号；

5）停止向发射天线2馈入电磁信号，通过步进电机3自动旋转发射天线2至下一个位置；

6）重复步骤4）和步骤5），直至发射天线2完成一个周期的旋转。

1、设计思路

本实用新型提供了一种源搅拌电磁混响室，包括设置在电磁屏蔽室1侧壁上的源搅拌组件；源搅拌组件包括步进电机3、与步进电机3连接的旋转轴4、设置在旋转轴4上的扩展臂5以及设置在扩展臂5上的发射天线2；源搅拌组件除步进电机3处于电磁屏蔽室1外部以外，其余部分均处于电磁屏蔽室1内；

本实用新型提供了一种源搅拌电磁混响室的搅拌方法，包括发射天线2的初始位置设定、发射天线2的初始指向和极化方向设定、发射天线2的运动方式。

本实用新型通过源搅拌装置自动控制发射天线2的运动，不断改变发射天线的位置、指向和极化方向，从而实现电磁混响室内测试区域6的场均匀性。

本实用新型通过源搅拌装置控制发射天线运动实现源搅拌，取代了机械搅拌混响室的机械搅拌器，有效提高了混响室内部空间利用率，使得测试区域6的体积与机械搅拌混响室相比有很大提升；本实用新型采取了安装在电磁屏蔽室1外的步进电机3控制发射天线2运动，避免了步进电机3在混响室内强电磁场环境下难以保证正常工作的问题；本实用新型实现了发射天线2运动的自动控制，减少了测试过程中的手动操作，大大提高了测试效率和测试的可重复性；本实用新型采取了在旋转轴4上安装扩展臂5,，并在扩展臂5上安装发射天线2的方法，提高了发射天线2初始状态设置的灵活性和多样性，有利于改善电磁混响室内测试区域6的场均匀性。

2、实施原理

（1）发射天线2的配置、安装、初始位置设定、运动及控制

参见图1，源搅拌电磁混响室内配备有发射天线2、旋转轴4和扩展臂5。发射天线2在1GHz以内（低频）采用双锥对数周期天线或对数周期天线，1GHz以上（高频）采用喇叭天线；发射天线2通过相应的连接机构安装于扩展臂5上，连接机构可实现发射天线2初始指向和极化方向的手动设置；扩展臂5垂直安装于旋转轴4的一端，与旋转轴4构成“L”型；旋转轴4垂直安装在电磁屏蔽室1内壁上的过壁轴承上，过壁轴承与安装于电磁屏蔽室1外壁上的步进电机3相连；步进电机3的转动通过过壁轴承带动旋转轴4做转动，进而带动安装于扩展臂5上的发射天线2在电磁屏蔽室1内做转动。

影响源搅拌方法实现混响室内部场均匀性的主要设计因素有：发射天线2的初始安装位置、初始姿态和发射天线的搅拌位置。

发射天线2的初始安装位置由旋转轴4的安装位置、长度、初始转动角度以及扩展臂的长度等因素决定。在混响室内，为了不影响发射天线2的辐射特性，发射天线2与电磁屏蔽室1内壁之间距离至少为1m或大于四分之一最低可用频率对应的波长。因此，可将旋转轴4安装于电磁屏蔽室1内壁面上的中点位置，以保证发射天线2具有最大的转动半径。此外，旋转轴4和扩展臂5的长度设计也应充分考虑发射天线2与电磁屏蔽室1内壁之间有充分的距离。

发射天线2的初始姿态包括发射天线的指向和极化方向。发射天线应指向背离测试区域6的混响室角落；极化方向应保证在混响室内部空间的三个直角坐标方向上都有一定的分量，避免发射天线2与电磁屏蔽室1某个直角坐标方向垂直的情况。

发射天线2的搅拌位置可采用均匀采样或者非均匀采样的方法。以均匀采样为例，发射天线2每次转动相同大小的角度作为一个搅拌位置，即若源搅拌过程包括12个搅拌位置，则相邻两个搅拌位置间发射天线的转角相差30度。

（2）源搅拌混响室搅拌方法的实现

以配置1副发射天线的源搅拌混响室为例，按照如图1所示方式进行发射天线2的安装配置，在旋转轴4转动时，发射天线2在平行于旋转轴安装墙壁的面内绕旋转轴4做圆周运动。步进电机3控制发射天线2离散地依次旋转至所设计的各个搅拌位置，并在每个搅拌位置驻留一定的时间，以便在混响室内形成稳定的场分布。发射天线2绕旋转轴4旋转一周完成一次源搅拌过程。

Claims (9)

1.一种源搅拌电磁混响室，其特征在于：包括设置在电磁屏蔽室（1）侧壁上的源搅拌组件：

所述源搅拌组件包括步进电机（3）、与步进电机（3）连接的旋转轴（4）、设置在旋转轴（4）上的扩展臂（5）以及设置在扩展臂（5）上的发射天线（2）；

所述旋转轴（4）为“L”型，所述发射天线（2）安装于“L”型旋转轴（4）的扩展臂（5）上，通过控制旋转轴（4）转动至不同状态带动发射天线（2）的位置和极化方向同时改变；所述旋转轴（4）及扩展臂（5）的长度均可调整。

2.根据权利要求1所述源搅拌电磁混响室，其特征在于：所述源搅拌组件至少设置一个。

3.根据权利要求1或2所述源搅拌电磁混响室，其特征在于：所述步进电机（3）设置于电磁屏蔽室（1）外侧，并通过连接机构带动设置于电磁屏蔽室（1）内壁的旋转轴（4）转动。

4.根据权利要求3所述源搅拌电磁混响室，其特征在于：所述发射天线（2）在1GHz以内低频采用双锥对数周期天线或对数周期天线，1GHz以上高频采用喇叭天线。

5.根据权利要求4所述源搅拌电磁混响室，其特征在于：所述连接机构能实现发射天线（2）初始指向和极化方向的手动设置；扩展臂（5）垂直安装于旋转轴（4）的一端，与旋转轴（4）构成“L”型。

6.根据权利要求5所述源搅拌电磁混响室，其特征在于：所述发射天线（2）的初始安装位置由旋转轴（4）的安装位置、长度、初始转动角度以及扩展臂的长度因素决定；发射天线（2）与电磁屏蔽室（1）内壁之间距离至少为1m或大于四分之一最低可用频率对应的波长。

7.根据权利要求6所述源搅拌电磁混响室，其特征在于：所述发射天线（2）的初始姿态包括发射天线的指向和极化方向；发射天线应指向背离测试区域（6）的混响室角落；极化方向应保证在电磁屏蔽室（1）内部空间的三个直角坐标方向上都有一定的分量，避免发射天线（2）与电磁屏蔽室（1）某个直角坐标方向垂直的情况。

8.根据权利要求7所述源搅拌电磁混响室，其特征在于：所述连接机构为在电磁屏蔽室（1）内壁上的过壁轴承，过壁轴承与安装于电磁屏蔽室（1）外壁上的步进电机（3）相连。

9.根据权利要求8所述源搅拌电磁混响室，其特征在于：所述旋转轴（4）安装于电磁屏蔽室（1）内壁面上的中点位置，以保证发射天线（2）具有最大的转动半径。