三綜合全負(fù)荷試驗(yàn)箱的試驗(yàn)安全性研究

梁瓊崇，關(guān)茵，陶鑫

（1.工業(yè)和信息化部電子第五研究所，廣東 廣州 510610；2.哈爾濱工程大學(xué)信息與通信工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150000；3.廣州中船遠(yuǎn)航船塢有限公司機(jī)電二車間，廣東 廣州 511462）

0 引言

三綜合全負(fù)荷試驗(yàn)系統(tǒng)可以對(duì)全負(fù)荷工作狀態(tài)下的雷達(dá)等受試設(shè)備進(jìn)行三綜合環(huán)境試驗(yàn)。該系統(tǒng)包括三綜合全負(fù)荷試驗(yàn)箱和微波暗室兩個(gè)部分，可以全面、準(zhǔn)確地反映雷達(dá)等受試設(shè)備在高溫、高濕和強(qiáng)震動(dòng)環(huán)境下的性能，還可以發(fā)現(xiàn)雷達(dá)等受試設(shè)備的暫時(shí)性失效。但在實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，泄漏的電磁波在金屬制成的三綜合全負(fù)荷試驗(yàn)箱中形成多次反射而加強(qiáng)，其能量足以影響雷達(dá)性能，甚至損壞雷達(dá)；過大的泄漏電磁波同時(shí)影響測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性，所以本文就三綜合全負(fù)荷試驗(yàn)箱中的場(chǎng)分布進(jìn)行分析，應(yīng)用電磁場(chǎng)分析軟件（FEKO）進(jìn)行模型仿真[1]，從而找到解決的方法。三綜合全負(fù)荷試驗(yàn)箱是由一個(gè)前端開口的矩形腔體構(gòu)成的，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1所示試驗(yàn)箱中的圓柱體表示受試?yán)走_(dá)，圓柱體前端圓形區(qū)域表示拋物面天線，后端柱體為雷達(dá)主機(jī)，易受反射疊加電磁波影響的行波管就在雷達(dá)主機(jī)中。

1 三綜合試驗(yàn)箱中的電磁場(chǎng)分布

使用CADFEKO建立如圖2所示的三綜合全負(fù)荷試驗(yàn)箱模型。

圖2中的矩形腔體為試驗(yàn)箱，中部為拋物面天線，天線下端的圓柱體表示雷達(dá)主機(jī)。以試驗(yàn)箱的一個(gè)頂點(diǎn)為原點(diǎn)，長寬高為x、y、z建立坐標(biāo)系，雷達(dá)放置在腔體中心。所需求得的就是柱體周圍的場(chǎng)強(qiáng)，該試驗(yàn)腔體垂直z軸切面為矩形，在圓柱體四周建立4個(gè)近場(chǎng)待求面，由于雷達(dá)在腔體中心，所以柱體周圍4個(gè)面兩兩對(duì)稱，只需求得垂直的兩個(gè)面上的場(chǎng)強(qiáng)即可得到柱體附近的場(chǎng)強(qiáng)分布。在雷達(dá)頻率為1GHz的情況下，通過FEKO的計(jì)算得出待求面上各點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)值，求得的場(chǎng)強(qiáng)值如圖3所示。

雷達(dá)主機(jī)在0～300V/m的場(chǎng)強(qiáng)下可以正常工作，在300～600V/m的場(chǎng)強(qiáng)下可能會(huì)出現(xiàn)雷達(dá)主機(jī)失靈的情況，而在600V/m以上極有可能造成雷達(dá)的損壞，所以由計(jì)算結(jié)果可以看出在模擬的環(huán)境下極有可能造成雷達(dá)的損壞。

2 添加吸波材料后三綜合試驗(yàn)箱中的電磁場(chǎng)分布

2.1 試驗(yàn)箱開口處添加吸波材料

三綜合全負(fù)荷試驗(yàn)箱的結(jié)構(gòu)如圖1所示，在試驗(yàn)箱前端有一個(gè)開口，而開口的周圍有金屬壁阻擋電磁波的傳播，所以改進(jìn)方案1就是在開口處放置吸波材料，以減小窗口周圍的電磁波反射。在FEKO 中建立模型， 并在 z=2.0～2.3m 處添加吸波材料，模型如圖4所示。

運(yùn)行FEKO可得待求面上各處的電場(chǎng)強(qiáng)度，所得結(jié)果如圖5所示。

對(duì)比圖3和圖5可以看出，在開口處放置吸波材料起到了極其微小的吸波效果，而且沒有達(dá)到雷達(dá)正常工作的場(chǎng)強(qiáng)值范圍。

2.2 天線處添加吸波材料

根據(jù)電磁波傳播原理[2-3]，在天線周圍由于三綜合全負(fù)荷試驗(yàn)箱體壁的反射會(huì)造成一部分的電磁場(chǎng)的疊加，從而影響雷達(dá)主機(jī)處的電磁場(chǎng)，所以方案2在雷達(dá)周圍放置吸波材料。在FEKO中建立模型，由于拋物面天線的中心在z=1.0m處，所以在z=0.8～1.1m處添加吸波材料，模型如圖6所示。

運(yùn)行FEKO可得待求面上各處的電場(chǎng)強(qiáng)度，所得結(jié)果如圖7所示。

對(duì)比圖3和圖7可以看出，在拋物面天線周圍添加吸波材料是減小雷達(dá)主機(jī)處的場(chǎng)強(qiáng)的一種有效方法，電場(chǎng)強(qiáng)度減少了1倍多。

2.3 雷達(dá)主機(jī)處添加吸波材料

根據(jù)電磁波的傳播原理[2-3]，在天線和雷達(dá)主機(jī)周圍由于三綜合全負(fù)荷試驗(yàn)箱體壁的反射會(huì)造成一部分的電磁場(chǎng)的疊加，從而影響雷達(dá)主機(jī)處的電磁場(chǎng)，所以方案3在靠近拋物面天線和雷達(dá)主機(jī)周圍放置吸波材料。在FEKO中建立模型，由于雷達(dá)主機(jī)放置在z=0.1～0.75m處，拋物面天線位于z=1.0m處，所以在z=0.65～0.95m處添加吸波材料，模型如圖8所示。

運(yùn)行FEKO可得待求面上各處的電場(chǎng)強(qiáng)度，所得結(jié)果如圖9所示。

對(duì)比圖3和圖9可以看出，在雷達(dá)主機(jī)和拋物面之間添加吸波材料，達(dá)到了很好的吸波效果，雷達(dá)主機(jī)處的電磁場(chǎng)強(qiáng)度基本小于300V/m。

3 結(jié)論

將3種方案中的場(chǎng)分布值與圖3對(duì)比可知，第3種方案在雷達(dá)主機(jī)和拋物面天線之間添加吸波材料達(dá)到了最好的吸波效果，雷達(dá)主機(jī)處的場(chǎng)強(qiáng)值基本小于300V/m，上文中已經(jīng)給出了雷達(dá)正常工作的場(chǎng)強(qiáng)值范圍為0～300V/m，所以方案3可以達(dá)到改進(jìn)三綜合全負(fù)荷試驗(yàn)箱的目的。

[1]喻建，余志勇.基于FEKO的金屬腔體屏蔽效能研究[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2010，33（2）：137-139.

[2]楊顯清，趙家升，王園.電磁場(chǎng)與電磁波 [M].北京：國防工業(yè)出版社，2003.

[3]宋錚，張建華，黃冶.天線與電波傳播 [M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2003.