天线微波暗室设计方案

第一部分：天线微波暗室设计方案书一、范围1、主题内容微波暗室性能和屏蔽性能总体方案设计书重点是根据微波暗室技术要求，论证了微波暗室吸波材料的选择、微波暗室性能、暗室屏蔽材料的选用，暗室屏蔽的关键件：门、通风窗、电源滤波器、屏蔽接地等主要问题，并确定最佳方案，以保证微波暗室屏蔽性能、暗室性能达到贵所提出的性能指标。2、适用范围本设计书适用于微波暗室建设工程，待中标后作为设计依据。二、引用文件1.GJBz20219-94中华人民共和国国家军用使用标准《军用电磁屏蔽室通用技术要求和检验方法》2.微波暗室技术要求三、微波暗室设计微波暗室，就是从几何上比较对称，建筑空间满足一定要求的房屋中安装吸波材料，使室的各内壁、天棚、地板对于所接收到的电磁波反射甚微，从而较好的模拟自由空间环境，进行室内天线测试的场所。1、技术要求1.1屏蔽效能（包括所有屏蔽间）1GHz～20GHz≥100dB20GHz～40GHz≥80dB1.2暗室性能（屏蔽暗室）工作频率范围:400MHz～40GHz反射电平:-38dB～-50dB静区的范围:Ø1.2m×1.2m（中心位于暗室长轴中轴线,转台上方）场不均匀性:横向≤±0.3dB纵向≤±2dB交叉极化率：－25dB2、设计微波暗室的基本思路随着天线技术的发展，天线测试技术也随着发展。就天线方向图测试方法来说，以往人们熟知的方法是室外场地远场测试。但由于微波吸收材料技术和计算机的飞跃发展，以及其他学科，如全息照相技术的成熟，方向图测试技术从室外场地测试发展到相互竞争又相互补充的多种测试方法。由以往的室外测试逐渐转为室内测试为主，室外测试为辅。近年来大量微波暗室建成使用，就是鲜明的标志。国内已建成微波暗室80多个，有些正在筹建中，而国外建成的微波暗室超过400多个。3、微波暗室尺寸确定准则微波暗室的几何尺寸和微波暗室的性能与里面的实验产品类型有关。应用最广泛的微波暗室为矩形室，因矩形室的结构外形比较简单、通用性强。一般资料中，设计矩形微波暗室的长度和宽度是按下列原则进行设计的。3.1微波暗室长度的确定通常确定任一暗室的长度的基本因素是被检测的天线（目标）的尺寸和它所测的最高频率。通常确定任一暗室的长度的基本因素是被检测的天线（目标）的尺寸和它所测的最高频率。这两个因素确定了平面波照射的远场条件。待测天线和波源天线之间的距离由下式给出：R≥22D一般待测天线至后墙角1/2室宽的距离，在发射天线后留1米到1/2室宽的距离。所以微波暗室的总长度为L=W1+R=W2一般以上面的计算公式为准，经计算，在下面的公式范围内误差也很小，也能满足测试精度的要求。（R≥2D）根据上面的公式计算，用户提供的测试天线口径，暗室场地大小，能满足测试精度。图1：微波暗室几何空间示意图3.2暗室高和宽的确定一般来讲从经济的观点考虑最佳设计，多取3L≤B≤2L。当然，最佳设计不能脱离电性能的观点而存在，因为随着宽度的增加，电性能变好。故取暗室的长宽比率为2：1。其理由入下：因为吸波材料电波入射角α不能超过600，超过600时吸收性能大大下降，暗室宽度B应为：B≥R/tgα…………………………………………(2)W2≥B/2……………………………………………(3)W1≤B/2或发射天线离后墙1米的距离图2吸波材料的吸收特性为了充分利用吸波材料的吸收性能，不使入射角超过600，保证测试精度，将暗室的宽度B取暗室长度的1/2或比1/2长度稍大一些。根据有关资料介绍，暗室的静高尺寸略小于暗室的宽度，为了提高暗室的交叉极化率，在可能的条件下，应尽量使暗室的高度等于暗室的宽度或接近。从以上分析来看，本暗室的长、宽、高的尺寸能满常规性能的要求。4、微波暗室的性能4.1暗室的静区暗室的静区是一个描绘的室内体积。在这里，从墙壁、地板、天花板反射回来的电磁波降低到一个限定的最小值。静区可能是一个球形的，其中心在检测台附近。或者是一个圆柱形的，它的轴与暗室的中心轴重合。如图3：图3：静区形状的确定静区的静度与吸波材料的性能有关，具体的静区范围大小，静度是多少除经过计算还需要经过测试、鉴定。目前，选用的吸波材料满足标书中提出的技术要求，静区范围在宽度方向和高度方向可达到1.8m,在长轴方向可达到3m。为了安全，经过计算，转台的操作平台端面距被测天线口面2m范围内不影响测试数据的精度。4.2反射电平微波暗室在所需要的工作频带内，其反射电平应满足被测天线最小付瓣电平测试静度的要求。暗室的反射电平是度量静区的重要参数，通常称它为静区的静度。在同一暗室中的空间内，反射电平的大小随照射天线增益及工作频率改变而变化。当测天线方向图时，静区的静度用来估计背景干扰所引起的测量误差。如图4：图4：方向图电平与测量误差的关系4.3测量误差序号测量内容不戴天线罩戴天线罩在暗室内测试1天线投波率100%95%95%2付瓣电平-17dB-16.5dB-16.5dB3付瓣电平-20dB-19.3dB-19.3dB4瞄准误差设3ˊ20″3ˊ41″3ˊ41″5和波瓣宽度（-3db）2010%无变化6和波瓣宽度（-3db）3010%无变化以上计算说明：图例说明：在静度为-40dB静区内测方向图时，背景干扰所引起的误差：对于-20dB的方向图电平，误差|△|≤1dB；对于与-30dB的方向图电平，误差|△|≤4dB。在静度为-30dB的静区内测方向图时，背景干扰所引起的误差；对于-20dB的方向图电平，误差|△|≤4dB；对于与-30dB的方向图电平，误差趋于无穷大。这表明不能使用反射电平等于或高于被测天线方向图电平的静区。贵单位提供的天线特性：1.频段在：8~12GHz时，旁瓣电平为-17dB，静区要求为-40dB时,误差|△|≤0.5dB，静区要求为-50dB，误差|△|≤0.3dB；2.频段在：12~16GHz时，旁瓣电平为-20dB，静区要求为-40dB时,误差|△|≤0.7dB，静区要求为-50dB，误差|△|≤0.35dB；以上计算可知，测量误差都很小，暗室的静区性能，完全能满足测试要求。4.4频带宽度的计算上述参数的大小，主要取决于吸波材料的性能。同时与波的传播路径，入射角以及暗室结构均匀性有关。对暗室各参数提出不同技术指标和静区大小外，还必须指明满足技术指标的频率范围，即频带宽度。换句话说，选定了室宽和吸波材料的高度，便确定了该暗室的使用频率下限。对于频带高端来讲，满足低端的吸波材料，已足足有余。由此可见，暗室建长一点，使用频率可高一点，对于不同用途的暗室工作频带也不一样。现在论证的暗室，暗室的尺寸、暗室的电性能，暗室的使用频带都已给定，就目前吸波材料来讲，反射电平为-38dB时，工作频率作为暗室的频带下限是不难达到的，但吸波材料的长度比较高，降低了室内的有效空间。4.5菲涅尔区大小的计算暗室的主要反射来自后墙和上、下、左、右四面的菲涅尔区，实际上菲涅尔区只适用1GHz以上高频。菲涅尔区半径随着频率升高而减少，反之随着频率降低而增大。菲涅尔区的计算：将暗室各壁的反射看成是发射源A对应的镜像源A’,如图4所示：图4：菲涅尔区的计算A’为镜像源，镜像源与接收点B之间的能量传输是由菲涅尔区来完成的，这是一个以镜像源和接收点的连线为椭圆的长、短轴不同大小的椭圆球，这些椭圆球与壁面相交成不同大小的椭球截面，n=1截面最小，随着n增大，截面也不断增大，这个截面称菲涅尔区，又叫镜面区。当频率升高，菲涅尔区减小，电波是直线传播，故一般计算菲涅尔区在1GHz以上。4.6吸波材料在不同频率下的吸收性能频率(f)高度（H）垂直入射衰减(-dB)400入射衰减（-dB）0.4GHz1GHz4GHz40GHz0.4GHz1GHz4GHz40GHz1200354550503343505015003845505536455055暗室结构平面布局图：6、吸波材料的选择与布置一般情况下，在忽略电波的路径衰减时，就可以认为暗室静区的静度主要由前面吸波材料的垂直入射时的反射性能来确定。也就是说，现在暗室静度在频率的下限要求优于-38dB时，则要求前面吸波材料的垂直入射时的反射性能优于-38dB。因此,暗室的前面、发射天线对着的端墙及菲涅尔区的其他四面用WX-1500的吸波材料；其他墙面用WX-1200的吸波材料。一般静区的位置距后墙1/2室宽的位置，即距后墙6m远的位置，目前，本暗室静区的位置为距后墙5m远，经计算，静区的性能没有影响。四．屏蔽暗室的基本结构1、组成本屏蔽暗室主体由测试暗室、1个相配套的控制屏蔽间组成（建议将控制间做成屏蔽室，因频带高端到40GHz,对于有些信号的过壁处理比较难，且控制信号比较多，过壁系统的转接也多，相应造价昂贵，将控制室做成屏蔽后，可将控制室与暗室之间作一屏蔽通道，将解决了信号过壁难的问题，同时相应降低成本）。屏蔽暗室是测试系统的主要工作区。在暗室内主要安装转台、天线支架等；控制间用于信号的传递、转台控制。为了方便信号的传递，控制间与屏蔽暗室之间做一个屏蔽通道。屏蔽暗室主要由屏蔽主体、吸波材料、电磁屏蔽门、屏蔽暗室门、供电与照明系统、通风与空调系统、视频监控、火警与消防系统、接地及内部装修等主要部分组成，屏蔽暗室电缆沟等设施。2.建造规模2.1高性能屏蔽吸波暗室（简称暗室）建筑尺寸：L×W×H=24m×15m×14m屏蔽壳体外形尺寸：L×W×H=20.4m×12.4m×12.4m钢板净空尺寸：L×W×H=20m×12m×12m2.2控制间外形尺寸：L×W×H=3.屏蔽结构本方案按多点接地设计。屏蔽结构由钢结构框架和屏蔽壳体组成。屏蔽壳体为2mm（侧、顶面）及3mm（地面）优质冷轧钢板经连续焊接形成的六面体结构。侧面及顶面与钢结构框架点焊，地面与预埋钢板塞焊。侧面由矩形管组焊成栅格钢结构作为屏蔽钢板支撑骨架，侧面立柱用150×150的矩形管，四周立柱分别固定在地面圈梁上，地面圈梁与地面预埋件焊接在一起保证暗室侧壁的刚度和稳定性。具体位置见方案图，建筑地面做厚6mm大小为240×240mm2的钢板预埋件，位置为1m见方的网格结构。同时，底面按方案图提供的位置设置电缆沟。底钢板和底面预埋件塞焊在一起，底面预埋件在地面二次浇注前应调平。地面钢板焊接后，按转台所提供的安装位置将地脚螺栓预埋好，然后将大质量的水泥块添转台地基。地基高度根据转台的实际高度定。顶棚采用矩形管组焊成的栅格结构作为屏蔽钢板的支撑骨架，支撑骨架通过多根吊杆吊挂在土建楼顶的横梁结构上，克服顶部骨架的挠度，增强暗室骨架的整体钢性。保证暗室的整体平面性。为便于顶部灯具，在相对宽敞的发射天线一端外墙设上顶小梯。暗室内设有两条电缆沟，尺寸为：W×H=0.3m×0.29m，地沟上有盖板，盖上后保证与暗室地面钢结构在同一平面。4.屏蔽暗室钢结构框架主要构件的选择与计算㈠计算依据①GBJ68-84《建筑结构设计统一标准》②GBJ17-88《钢结构设计规范》③有关梁、柱和薄板的计算公式立柱：□200×150×6次梁和次柱：□150×150×4;□90×60×4顶面框架横梁（主梁）：□200×150×6次纵梁及次横梁：□90×60×4；□60×40×4五、设备、设施及配套系统1．电磁屏蔽门和暗室门：电磁屏蔽门和暗室门的分布和型式屏蔽门位置型式开度（宽×高）开向暗室－二层通道平开1200×2000暗室外一层维修通道平开850×1800暗室外一层设备通道螺接+锡焊2500×3000暗室外控制间暗室门位置型式开度（宽×高）结构暗室－二层通道与墙平行1200×2000固定2.暗室通道及电缆沟：在暗室1200mm高的位置上，宽400mm摆放过道吸波材料，在通道侧边底屏蔽层上开设屏蔽电缆沟。3.供电和照明系统3.1供电：引入暗室的电源为三相五线30KW，所有电源线均穿镀锌钢管保护，弯头和接线均采用金属接线盒,进入屏蔽暗室的电源，经滤波器引入。暗室设置插座箱，供给设备、仪器用电。3.2照明暗室内照明采用六组工业用深照型150W的灯具。深照型灯具安装在组合灯箱内，组合灯箱上设有通风波导和维修屏蔽窗。暗室灯具装在顶部，供电管线设在暗室外，用无缝钢管做屏