一種源攪拌電磁混響室及其攪拌方法
【專利摘要】一種源攪拌電磁混響室及其攪拌方法，包括電磁屏蔽室、安裝于電磁屏蔽室側壁上的源攪拌裝置，以及用于描述發(fā)射天線安裝、運動及控制方式的源攪拌方法。通過控制旋轉軸轉動實現(xiàn)發(fā)射天線的位置和極化方向同時改變；旋轉軸的驅動裝置安裝于混響室外側，并通過轉接機構帶動安裝于混響室內壁的旋轉軸轉動。本發(fā)明通過單天線轉動實現(xiàn)混響室內部的場均勻性，有效地提高了混響室內部空間利用率，相同體積的源攪拌混響室可以實現(xiàn)更大的測試區(qū)域；對于相同大小的EUT，可以設計出體積更小的源攪拌混響室，從而更加有利于產生高場強；本發(fā)明同樣適用于混響室內配置多部發(fā)射天線進行源攪拌的情況。
【專利說明】一種源攪拌電磁混響室及其攪拌方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及電磁兼容性實驗與測試領域，具體地說是一種源攪拌電磁混響室及其攪拌方法。

【背景技術】
[0002]現(xiàn)有的電磁混響室一般為機械攪拌混響室，通過改變機械攪拌器的狀態(tài)來改變混響室內部的電磁邊界條件，進而達到改變混響室內部電磁場分布的目的。由于混響室內壁的多次反射以及攪拌器的“攪拌”作用，混響室內部的電磁環(huán)境呈現(xiàn)出統(tǒng)計意義上的均勻各向同性的特征，即在攪拌器攪拌過程中，測試區(qū)域的任意位置上電磁場的相位和幅度、電磁波的入射方向和極化方向等都是統(tǒng)計均勻分布的，因而可以較真實地模擬復雜、隨機的實際電磁環(huán)境。
[0003]機械攪拌混響室內部存在一個或多個體積龐大的機械攪拌器，且為了避免攪拌器對發(fā)射天線和測試區(qū)域的影響，IEC61000-4-21:2011標準規(guī)定，攪拌器與發(fā)射天線以及測試區(qū)域的距離應不小于最低可用頻率對應波長的1/4。攪拌器占據(jù)了較大的混響室內部空間，使得機械攪拌混響室的空間利用率不高。
[0004]源攪拌混響室是通過改變源天線的位置和極化方向來實現(xiàn)混響室內電磁場分布的改變，只要合理地設計天線的運動形式，也可以在混響室內部產生統(tǒng)計均勻、統(tǒng)計各向同性的電磁場。
[0005]與機械攪拌混響室相比，源攪拌混響室不需要體積龐大的機械攪拌器，以源天線位置和極化方向的改變實現(xiàn)“攪拌”，有效地提高了混響室的空間利用率，從而在相同體積的混響室內可以產生更大的測試區(qū)域。另一方面，對于相同的受試設備，源攪拌混響室的設計體積比機械攪拌混響室更小，饋入的電磁能量被約束在更小的空間內，從而使得在相同的功率輸入條件下可以在混響室內部獲得更高場強的電磁場。此外，通過源攪拌可以獲得比機械攪拌更低的混響室最低可用頻率，因而能夠更加突出混響室的優(yōu)越性。
[0006]實現(xiàn)源攪拌電磁混響室的最大困難在于如何設計易于工程實現(xiàn)的天線運動方式。文獻“A novel reverberating chamber: the source-stirred chamber，，首次從原理上論證了源攪拌方法的可行性，但未能給出源攪拌方法具體的實現(xiàn)方式；文獻“利用多天線源攪拌改善混響室場均勻性的分析”基于仿真研究了在機械攪拌混響室內添加多天線源攪拌來改善混響室內測試區(qū)域場均勻性，但文中采用的多副發(fā)射天線隨機設置的源攪拌方法不易工程實現(xiàn)；文獻“電磁兼容混響室的理論分析與實驗研究”通過實驗證明了在機械攪拌混響室基礎上添加源攪拌因素使低頻時混響室內測試區(qū)域的場均勻性得到了較明顯的改善，但其采用的移動發(fā)射天線到多個位置的源攪拌方法也不易工程實現(xiàn)。因此，探索工程上可行的電磁混響室源攪拌方法具有重要的應用價值。


【發(fā)明內容】

[0007]為了解決機械攪拌混響室內部空間利用率不高、單位功率產生場強能力較低的技術問題，本發(fā)明提供了一種源攪拌電磁混響室及其攪拌方法，可用于在電磁混響室內實現(xiàn)統(tǒng)計均勻、統(tǒng)計各向同性的電磁場測試環(huán)境，可以作為實現(xiàn)源攪拌電磁混響室的技術途徑。
[0008]本發(fā)明的技術解決方案是:
一種源攪拌電磁混響室，其特殊之處在于:包括設置在電磁屏蔽室側壁上的源攪拌組件:
所述源攪拌組件包括步進電機、與步進電機連接的旋轉軸、設置在旋轉軸上的擴展臂以及設置在擴展臂上的發(fā)射天線；
所述旋轉軸為“L”型，所述發(fā)射天線安裝于“L”型旋轉軸的擴展臂上，通過控制旋轉軸轉動至不同狀態(tài)帶動發(fā)射天線的位置和極化方向同時改變；所述旋轉軸及擴展臂的長度均可調整。
[0009]上述源攪拌組件至少設置一個。
[0010]上述步進電機設置于電磁屏蔽室外側，并通過連接機構帶動設置于電磁屏蔽室內壁的旋轉軸轉動。
[0011]上述發(fā)射天線在IGHz以內(低頻)采用雙錐對數(shù)周期天線或對數(shù)周期天線，IGHz以上(高頻)采用喇機天線。
[0012]上述連接機構能實現(xiàn)發(fā)射天線初始指向和極化方向的手動設置；擴展臂垂直安裝于旋轉軸的一端，與旋轉軸構成“L”型。
[0013]上述發(fā)射天線的初始安裝位置由旋轉軸的安裝位置、長度、初始轉動角度以及擴展臂的長度因素決定；發(fā)射天線與電磁屏蔽室內壁之間距離至少為Im或大于四分之一最低可用頻率對應的波長。
[0014]上述發(fā)射天線的初始姿態(tài)包括發(fā)射天線的指向和極化方向；發(fā)射天線應指向背離測試區(qū)域的混響室角落；極化方向應保證在電磁屏蔽室內部空間的三個直角坐標方向上都有一定的分量，避免發(fā)射天線與電磁屏蔽室某個直角坐標方向垂直的情況。
[0015]上述連接機構為在電磁屏蔽室內壁上的過壁軸承，過壁軸承與安裝于電磁屏蔽室外壁上的步進電機相連。
[0016]上述旋轉軸安裝于電磁屏蔽室內壁面上的中點位置，以保證發(fā)射天線具有最大的轉動半徑。
[0017]上述源攪拌電磁混響室的攪拌方法，其特殊之處在于:包括以下步驟:
1)將發(fā)射天線安裝于擴展臂的一端，通過調節(jié)擴展臂在旋轉軸上的安裝位置改變發(fā)射天線相對于旋轉軸的旋轉半徑，并記錄發(fā)射天線的初始位置；
2)以發(fā)射天線的安裝位置為中心，旋轉發(fā)射天線，設定發(fā)射天線的初始指向和極化方式；
3)連通源攪拌組件的進步電機電源；
4)向發(fā)射天線饋入電磁信號；
5 )停止向發(fā)射天線饋入電磁信號，通過源攪拌組件的進步電機自動旋轉發(fā)射天線至下一個位置；
6)重復步驟4)和步驟5)，直至發(fā)射天線完成一個周期的旋轉。
[0018]本發(fā)明的優(yōu)點是:
1、本發(fā)明通過天線運動實現(xiàn)“攪拌”，去掉了體積龐大的機械攪拌器，從而有效地提高了混響室內部的空間利用率，與同樣體積的機械攪拌混響室相比，可以實現(xiàn)更大的測試區(qū)域。同理，若實現(xiàn)同樣大小的測試區(qū)域，可以比機械攪拌混響室設計的更小，從而更有利于廣生聞場強；
2、本發(fā)明采用單天線轉動的源攪拌方法，運動形式簡單，便于設計自動控制系統(tǒng)，實現(xiàn)發(fā)射天線運動的自動控制，從而可大大減少混響室測試過程中的人工干預，提高測試效率和測試的重復性；
3、本發(fā)明采用安裝于電磁屏蔽室外部的步進電機控制安裝于電磁屏蔽室內部的發(fā)射天線進行轉動，避免了在混響室內強電磁場環(huán)境下電機及控制電路難以保證正常工作的問題，易于工程實現(xiàn)；
4、本發(fā)明采用在旋轉軸上安裝擴展臂構成“L”型旋轉軸，將發(fā)射天線安裝于擴展臂上，發(fā)射天線的初始姿態(tài)和擴展臂的長度都可調整，提高了天線初始狀態(tài)設置的靈活性，便于實現(xiàn)天線在轉動過程中天線的極化方向和天線位置都有較明顯的改變，有利于改善混響室內測試區(qū)域的場均勻性；
5、本發(fā)明同樣適用于混響室內配置多部發(fā)射天線的情況。當電磁混響室的尺寸較大時，一副發(fā)射天線在混響室內轉動不能夠實現(xiàn)充分的“攪拌”，此時需要增加發(fā)射天線的數(shù)量?；祉懯覂劝l(fā)射天線的數(shù)量需要根據(jù)混響室的具體尺寸進行設計。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明的總體設計示意圖。
[0020]附圖標號說明:1_電磁屏蔽室，2-發(fā)射天線，3-步進電機，4-旋轉軸，5-擴展臂，6-測試區(qū)域。

【具體實施方式】
[0021]參見圖1, 一種源攪拌電磁混響室,包括電磁屏蔽室1，還包括設置在電磁屏蔽室I側壁上的源攪拌組件；源攪拌組件包括步進電機3、與步進電機3連接的旋轉軸4、設置在旋轉軸4上的擴展臂5以及設置在擴展臂5上的發(fā)射天線2 ;源攪拌組件至少I個。
[0022]一種源攪拌混響室的攪拌方法，包括以下步驟:
1)將發(fā)射天線2安裝于擴展臂5的一端，通過調節(jié)擴展臂5在旋轉軸4上的安裝位置改變發(fā)射天線2相對于旋轉軸4的旋轉半徑，并記錄發(fā)射天線2的初始位置；
2)以發(fā)射天線2的安裝位置為中心，旋轉發(fā)射天線2，設定發(fā)射天線2的初始指向和極化方式；
3)連通源攪拌組件的進步電機3電源；
4)向發(fā)射天線2饋入電磁信號；
5)停止向發(fā)射天線2饋入電磁信號,通過步進電機3自動旋轉發(fā)射天線2至下一個位置；
6)重復步驟4)和步驟5)，直至發(fā)射天線2完成一個周期的旋轉。
[0023]1、設計思路
本發(fā)明提供了一種源攪拌電磁混響室，包括設置在電磁屏蔽室I側壁上的源攪拌組件；源攪拌組件包括步進電機3、與步進電機3連接的旋轉軸4、設置在旋轉軸4上的擴展臂5以及設置在擴展臂5上的發(fā)射天線2 ;源攪拌組件除步進電機3處于電磁屏蔽室I外部以夕卜，其余部分均處于電磁屏蔽室I內；
本發(fā)明提供了一種源攪拌電磁混響室的攪拌方法，包括發(fā)射天線2的初始位置設定、發(fā)射天線2的初始指向和極化方向設定、發(fā)射天線2的運動方式。
[0024]本發(fā)明通過源攪拌裝置自動控制發(fā)射天線2的運動，不斷改變發(fā)射天線的位置、指向和極化方向，從而實現(xiàn)電磁混響室內測試區(qū)域6的場均勻性。
[0025]本發(fā)明通過源攪拌裝置控制發(fā)射天線運動實現(xiàn)源攪拌，取代了機械攪拌混響室的機械攪拌器，有效提高了混響室內部空間利用率，使得測試區(qū)域6的體積與機械攪拌混響室相比有很大提升；本發(fā)明采取了安裝在電磁屏蔽室I外的步進電機3控制發(fā)射天線2運動，避免了步進電機3在混響室內強電磁場環(huán)境下難以保證正常工作的問題；本發(fā)明實現(xiàn)了發(fā)射天線2運動的自動控制，減少了測試過程中的手動操作，大大提高了測試效率和測試的可重復性；本發(fā)明采取了在旋轉軸4上安裝擴展臂5，，并在擴展臂5上安裝發(fā)射天線2的方法，提高了發(fā)射天線2初始狀態(tài)設置的靈活性和多樣性，有利于改善電磁混響室內測試區(qū)域6的場均勻性。
[0026]2、實施原理
(O發(fā)射天線2的配置、安裝、初始位置設定、運動及控制
參見圖1，源攪拌電磁混響室內配備有發(fā)射天線2、旋轉軸4和擴展臂5。發(fā)射天線2在IGHz以內(低頻)采用雙錐對數(shù)周期天線或對數(shù)周期天線，IGHz以上(高頻)采用喇機天線；發(fā)射天線2通過相應的連接機構安裝于擴展臂5上,連接機構可實現(xiàn)發(fā)射天線2初始指向和極化方向的手動設置；擴展臂5垂直安裝于旋轉軸4的一端，與旋轉軸4構成“L”型；旋轉軸4垂直安裝在電磁屏蔽室I內壁上的過壁軸承上，過壁軸承與安裝于電磁屏蔽室I外壁上的步進電機3相連；步進電機3的轉動通過過壁軸承帶動旋轉軸4做轉動,進而帶動安裝于擴展臂5上的發(fā)射天線2在電磁屏蔽室I內做轉動。
[0027]影響源攪拌方法實現(xiàn)混響室內部場均勻性的主要設計因素有:發(fā)射天線2的初始安裝位置、初始姿態(tài)和發(fā)射天線的攪拌位置。
[0028]發(fā)射天線2的初始安裝位置由旋轉軸4的安裝位置、長度、初始轉動角度以及擴展臂的長度等因素決定。在混響室內，為了不影響發(fā)射天線2的輻射特性，發(fā)射天線2與電磁屏蔽室I內壁之間距離至少為Im或大于四分之一最低可用頻率對應的波長。因此，可將旋轉軸4安裝于電磁屏蔽室I內壁面上的中點位置，以保證發(fā)射天線2具有最大的轉動半徑。此外，旋轉軸4和擴展臂5的長度設計也應充分考慮發(fā)射天線2與電磁屏蔽室I內壁之間有充分的距尚。
[0029]發(fā)射天線2的初始姿態(tài)包括發(fā)射天線的指向和極化方向。發(fā)射天線應指向背離測試區(qū)域6的混響室角落；極化方向應保證在混響室內部空間的三個直角坐標方向上都有一定的分量，避免發(fā)射天線2與電磁屏蔽室I某個直角坐標方向垂直的情況。
[0030]發(fā)射天線2的攪拌位置可采用均勻采樣或者非均勻采樣的方法。以均勻采樣為例，發(fā)射天線2每次轉動相同大小的角度作為一個攪拌位置，即若源攪拌過程包括12個攪拌位置，則相鄰兩個攪拌位置間發(fā)射天線的轉角相差30度。
[0031](2)源攪拌混響室攪拌方法的實現(xiàn)
以配置I副發(fā)射天線的源攪拌混響室為例，按照如圖1所示方式進行發(fā)射天線2的安裝配置，在旋轉軸4轉動時，發(fā)射天線2在平行于旋轉軸安裝墻壁的面內繞旋轉軸4做圓周運動。步進電機3控制發(fā)射天線2離散地依次旋轉至所設計的各個攪拌位置，并在每個攪拌位置駐留一定的時間，以便在混響室內形成穩(wěn)定的場分布。發(fā)射天線2繞旋轉軸4旋轉一周完成一次源攪拌過程。
【權利要求】
1.一種源攪拌電磁混響室，其特征在于:包括設置在電磁屏蔽室(I)側壁上的源攪拌組件: 所述源攪拌組件包括步進電機(3)、與步進電機(3)連接的旋轉軸(4)、設置在旋轉軸(4)上的擴展臂(5)以及設置在擴展臂(5)上的發(fā)射天線(2); 所述旋轉軸(4)為“L”型，所述發(fā)射天線(2)安裝于“L”型旋轉軸(4)的擴展臂(5)上，通過控制旋轉軸(4)轉動至不同狀態(tài)帶動發(fā)射天線(2)的位置和極化方向同時改變；所述旋轉軸(4)及擴展臂(5)的長度均可調整。
2.根據(jù)權利要求1所述源攪拌電磁混響室，其特征在于:所述源攪拌組件至少設置一個。
3.根據(jù)權利要求1或2所述源攪拌電磁混響室，其特征在于:所述步進電機(3)設置于電磁屏蔽室(I)外側，并通過連接機構帶動設置于電磁屏蔽室(I)內壁的旋轉軸(4)轉動。
4.根據(jù)權利要求3所述源攪拌電磁混響室，其特征在于:所述發(fā)射天線(2)在IGHz以內(低頻)采用雙錐對數(shù)周期天線或對數(shù)周期天線，IGHz以上(高頻)采用喇叭天線。
5.根據(jù)權利要求4所述源攪拌電磁混響室，其特征在于:所述連接機構能實現(xiàn)發(fā)射天線(2)初始指向和極化方向的手動設置；擴展臂(5)垂直安裝于旋轉軸(4)的一端，與旋轉軸(4)構成“L”型。
6.根據(jù)權利要求5所述源攪拌電磁混響室，其特征在于:所述發(fā)射天線(2)的初始安裝位置由旋轉軸(4)的安裝位置、長度、初始轉動角度以及擴展臂的長度因素決定；發(fā)射天線(2)與電磁屏蔽室(I)內壁之間距離至少為Im或大于四分之一最低可用頻率對應的波長。
7.根據(jù)權利要求6所述源攪拌電磁混響室，其特征在于:所述發(fā)射天線(2)的初始姿態(tài)包括發(fā)射天線的指向和極化方向；發(fā)射天線應指向背離測試區(qū)域(6)的混響室角落；極化方向應保證在電磁屏蔽室(I)內部空間的三個直角坐標方向上都有一定的分量，避免發(fā)射天線(2 )與電磁屏蔽室(I)某個直角坐標方向垂直的情況。
8.根據(jù)權利要求7所述源攪拌電磁混響室，其特征在于:所述連接機構為在電磁屏蔽室(I)內壁上的過壁軸承，過壁軸承與安裝于電磁屏蔽室(I)外壁上的步進電機(3)相連。
9.根據(jù)權利要求8所述源攪拌電磁混響室，其特征在于:所述旋轉軸(4)安裝于電磁屏蔽室(I)內壁面上的中點位置，以保證發(fā)射天線(2)具有最大的轉動半徑。
10.一種如權利要求1所述源攪拌電磁混響室的攪拌方法，其特征在于:包括以下步驟: 1)將發(fā)射天線(2)安裝于擴展臂(5)的一端，通過調節(jié)擴展臂(5)在旋轉軸(4)上的安裝位置改變發(fā)射天線(2)相對于旋轉軸(4)的旋轉半徑，并記錄發(fā)射天線(2)的初始位置； 2)以發(fā)射天線(2)的安裝位置為中心，旋轉發(fā)射天線(2)，設定發(fā)射天線(2)的初始指向和極化方式； 3)連通源攪拌組件的進步電機(3)電源； 4)向發(fā)射天線(2)饋入電磁信號； 5)停止向發(fā)射天線(2)饋入電磁信號，通過源攪拌組件的進步電機(3)自動旋轉發(fā)射天線(2)至下一個位置； 6)重復步驟4)和步驟5)，直至發(fā)射天線(2)完成一個周期的旋轉。
【文檔編號】G01R31/00GK104133126SQ201410308595
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年7月1日 優(yōu)先權日:2014年7月1日
【發(fā)明者】郭恩全, 湯興剛, 肖寧, 許策 申請人:陜西海泰電子有限責任公司