混響室條件下的腔體屏蔽效能測(cè)試方法改進(jìn)

劉逸飛，陳永光，程二威

（1.西北核技術(shù)研究所強(qiáng)脈沖輻射環(huán)境模擬與效應(yīng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西西安710024；

2.北京跟蹤與通信技術(shù)研究所，北京100094；3.軍械工程學(xué)院靜電與電磁防護(hù)研究所，河北石家莊050003）

混響室條件下的腔體屏蔽效能測(cè)試方法改進(jìn)

劉逸飛1，陳永光2，程二威3

（1.西北核技術(shù)研究所強(qiáng)脈沖輻射環(huán)境模擬與效應(yīng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西西安710024；

2.北京跟蹤與通信技術(shù)研究所，北京100094；3.軍械工程學(xué)院靜電與電磁防護(hù)研究所，河北石家莊050003）

介紹了頻率攪拌混響室法腔體屏蔽效能的測(cè)試原理與方法，在此基礎(chǔ)上，對(duì)某開縫腔體的屏蔽效能進(jìn)行了實(shí)測(cè)。針對(duì)測(cè)試中暴露出的單一頻率攪拌測(cè)試精度不高這一技術(shù)難題，從提升樣本容量角度出發(fā)，采用一種基于機(jī)械攪拌與頻率攪拌相結(jié)合的復(fù)合攪拌方式，提升了攪拌帶寬內(nèi)的獨(dú)立樣本數(shù)量，降低了測(cè)試結(jié)果的不確定度。從數(shù)據(jù)處理方法入手，提出一種基于數(shù)字低通濾波獲取混響室場(chǎng)量均值曲線的方法，在有效保留峰值信息的同時(shí)，能夠獲得較理想平滑的場(chǎng)量均值曲線，提升了數(shù)據(jù)處理的精確度。相比兩種改進(jìn)方法，前者需要與機(jī)械攪拌配合使用，適用較大腔體屏蔽效能測(cè)試；后者不必過多關(guān)心樣本容量大小，且無需增加額外輔助測(cè)試設(shè)備，更具應(yīng)用價(jià)值。

兵器科學(xué)與技術(shù)；混響室；屏蔽效能；頻率攪拌；嵌套混響室；復(fù)合攪拌

0 引言

電子設(shè)備的屏蔽殼體既能夠有效消除外部電磁干擾的威脅，又可以避免自身電磁波向外部泄露形成的電磁污染，其屏蔽能力直接影響著電子設(shè)備的電磁兼容性能，因此合理評(píng)價(jià)設(shè)備殼體的屏蔽效能（SE）尤為重要［1］。一般而言，基于散熱、通風(fēng)等需要，殼體開有的各種不同孔縫，這成為影響其屏蔽效應(yīng)的主要因素，而電磁波穿透孔縫的能力與入射角度、極化方式有著極大的關(guān)系，傳統(tǒng)電磁波垂直輻照腔體的SE測(cè)試結(jié)果能否表征其真實(shí)的電磁屏蔽能力存有疑問；并且腔體內(nèi)部受諧振效應(yīng)的影響，傳統(tǒng)方法下箱體內(nèi)部測(cè)試點(diǎn)的選取也不夠合理［2］。

針對(duì)上述問題，利用混響室這一新興的電磁兼容測(cè)試場(chǎng)地開展腔體SE測(cè)試成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)?；祉懯夷軌蛱峁╇S機(jī)極化、各向同性的電磁環(huán)境，測(cè)試環(huán)境更加貼近腔體實(shí)際面臨的電磁環(huán)境［3］，而基于統(tǒng)計(jì)意義的SE測(cè)試方法也能夠有效避免諧振效應(yīng)的影響，使得測(cè)試結(jié)果更加合理，這也使得混響室法腔體屏蔽效能測(cè)試技術(shù)成為當(dāng)前評(píng)價(jià)腔體屏蔽能力的發(fā)展趨勢(shì)，并受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。

在國(guó)際上，IEC 61000-4-21標(biāo)準(zhǔn)給出了殼體SE的測(cè)試方法［4］，其原理是在測(cè)試腔體內(nèi)部安裝攪拌器，將其等效為一個(gè)小混響室，利用攪拌器的轉(zhuǎn)動(dòng)得到腔體內(nèi)外的場(chǎng)強(qiáng)均值，但是小尺寸屏蔽體由于沒有足夠的空間安裝攪拌器，使得該測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)存在一定的局限性。針對(duì)這一問題，國(guó)內(nèi)的程二威等于2009年提出了基于“多點(diǎn)平均”的SE測(cè)試方法，該方法利用箱體內(nèi)部的導(dǎo)軌移動(dòng)場(chǎng)強(qiáng)計(jì)，得到不同位置處的場(chǎng)強(qiáng)值，利用空間場(chǎng)強(qiáng)均值比計(jì)算其SE值，拓展了可測(cè)箱體的下限尺寸［5］。2007年Holloway等創(chuàng)新性的將混響室頻率攪拌技術(shù)應(yīng)用到腔體的SE測(cè)試中來［6］，由于無須在腔體內(nèi)部安裝額外的輔助設(shè)備，這種基于電學(xué)攪拌的測(cè)試方法有效地實(shí)現(xiàn)了對(duì)小尺寸箱體SE的測(cè)試，并極大地減少了測(cè)試所需時(shí)間。該方法一經(jīng)報(bào)道，就引起了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注與研究，隨后有學(xué)者進(jìn)一步提出利用安裝在腔體內(nèi)壁的單極子天線檢測(cè)場(chǎng)強(qiáng)值，以降低可測(cè)箱體的尺寸［7］；也有學(xué)者提出將輻射源放置于箱體內(nèi)部，通過內(nèi)部頻率攪拌、外部機(jī)械攪拌的方法，以獲得更加均勻的場(chǎng)環(huán)境［8］。目前，頻率攪拌技術(shù)應(yīng)用于腔體SE測(cè)試已被國(guó)內(nèi)外學(xué)者廣泛認(rèn)可，但測(cè)試方法不夠完善，測(cè)試精度也不夠高，IEEE 299工作組也一直致力于混響室環(huán)境下腔體SE的測(cè)試研究，但尚未發(fā)布最終版的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。

頻率攪拌為混響室條件下腔體屏蔽效能的測(cè)試開辟了一個(gè)新的技術(shù)途徑，針對(duì)測(cè)試過程中暴露出的測(cè)試精度有待提高這一不足之處，本文從提高樣本數(shù)量和改進(jìn)數(shù)據(jù)處理方法兩方面入手，提出了復(fù)合攪拌測(cè)試方法和基于濾波的數(shù)據(jù)處理方法，用于提高測(cè)試結(jié)果的精確度。兩種不同的技術(shù)手段在提高混響室腔體SE測(cè)試精確方面均取得了顯著效果，并具有一定的推廣價(jià)值。

1 頻率攪拌混響室法腔體SE測(cè)試

1.1 頻率攪拌混響室法測(cè)試原理

頻率攪拌的實(shí)現(xiàn)方式并不唯一，利用線性掃頻信號(hào)激勵(lì)混響室，不失為一種簡(jiǎn)便、快捷的實(shí)現(xiàn)方法，其在混響室法腔體SE測(cè)試中也得到了廣泛應(yīng)用。如果從激勵(lì)信號(hào)的時(shí)-頻特征加以分析，不難理解線性掃頻方式的混響原理，激勵(lì)信號(hào)輸出的正弦波頻率隨時(shí)間線性變化，使得工作頻率對(duì)應(yīng)的品質(zhì)因數(shù)帶寬隨之發(fā)生移動(dòng)，因此品質(zhì)因數(shù)帶寬內(nèi)的模式組合也會(huì)發(fā)生變化，最終導(dǎo)致多模疊加后的場(chǎng)環(huán)境隨時(shí)間發(fā)生變化，從而在掃頻帶寬內(nèi)形成統(tǒng)計(jì)均勻的場(chǎng)環(huán)境。如果將線性掃頻攪拌方式與機(jī)械攪拌方式類比，機(jī)械攪拌方式依靠攪拌器的轉(zhuǎn)動(dòng)改變混響室的物理邊界尺寸，而線性掃頻攪拌方式則是依靠輸出的正弦波不斷改變混響室的電學(xué)尺寸，這在實(shí)現(xiàn)統(tǒng)計(jì)均勻場(chǎng)環(huán)境的功能上有異曲同工的效果。

將屏蔽腔體放置于混響室的測(cè)試區(qū)域，控制激勵(lì)信號(hào)在一定帶寬內(nèi)掃頻，可在外部大混響室內(nèi)獲得統(tǒng)計(jì)均勻場(chǎng)，此時(shí)將屏蔽腔體，視為一個(gè)小型混響室，耦合進(jìn)入小混響室內(nèi)的電磁波頻率也會(huì)隨激勵(lì)信號(hào)的變化而變化，同樣形成統(tǒng)計(jì)均勻場(chǎng)。通過對(duì)比攪拌帶寬內(nèi)大、小混響室的功率平均值，即可獲得箱體的SE:

式中:Pi、Po分別腔體內(nèi)、外部的功率值（用上標(biāo)i、o區(qū)分屏蔽箱體內(nèi)、外部的數(shù)據(jù)，下同）；〈·〉代表對(duì)攪拌周期內(nèi)的數(shù)據(jù)取平均。這就是頻率攪拌嵌套混響室法箱體SE的測(cè)試原理。

根據(jù)線性掃頻攪拌方式的特點(diǎn)與SE的定義，可利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀（VNA）實(shí)現(xiàn)頻率攪拌混響室法腔體SE測(cè)試。將VNA的兩個(gè)端口P1、P2分別與發(fā)射、接收天線相連，收、發(fā)天線間的散射參數(shù)S21（S21為接收功率與入射功率的比值）與混響室場(chǎng)值呈正比（比例系數(shù)這里不做討論），因此可通過對(duì)S21參數(shù)的測(cè)量實(shí)現(xiàn)腔體SE的計(jì)算。基于VNA的頻率攪拌混響室法腔體SE測(cè)試方案如圖1所示。

圖1 頻率攪拌混響室法箱體SE測(cè)試布局Fig.1 Setup of enclosure SE test using frequency-stirred RC method

將輻射天線置于外部大混響室，利用VNA分別測(cè)量屏蔽腔體內(nèi)外部的散射參數(shù)和，因此箱體的SE表達(dá)式可改寫為

測(cè)試過程中，受屏蔽腔體體積等限制，通常會(huì)在腔體內(nèi)部采用小型接收天線。由于天線效率不同，同樣場(chǎng)環(huán)境下不同天線測(cè)得的S21參數(shù)不同，導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果失真，此外即使同一天線在不同頻段內(nèi)的天線效率也不盡相同，因此為消除天線效率的影響，可將其歸一化［9］。天線效率η定義為天線輻射功率與入射波功率的比值，描述為η=1-|S22|2，S22為天線饋源端口的反射功率與入射功率的比值。根據(jù)天線的互易定理可知，歸一化后的S21理論均值〈C21〉為

因此修正天線系數(shù)影響后的腔體SE計(jì)算式可寫為

1.2 試驗(yàn)測(cè)試與結(jié)果分析

根據(jù)1.1節(jié)中的測(cè)試方案，在某大型混響室內(nèi)對(duì)體積為1 m×0.8 m×0.7 m箱體SE開展測(cè)試試驗(yàn)。測(cè)試箱體的最大面開有20 cm×4 cm大小的縫隙，將其視為小混響室時(shí)，其起始工作頻率約為900 MHz.網(wǎng)絡(luò)分析儀N5230A工作頻帶20 MHz～20 GHz；收、發(fā)天均采用喇叭天線，其工作頻帶1～18 GHz.試驗(yàn)場(chǎng)景如圖2所示。

圖2 箱體SE實(shí)測(cè)場(chǎng)景圖Fig.2 Scene graph of enclosure SE test

試驗(yàn)中設(shè)置VNA的輸出功率5 dBm，掃頻間隔5 s，分別測(cè)試1～10.6 GHz下大、小混響室內(nèi)的S21參數(shù)，圖3給出了對(duì)應(yīng)的測(cè)試結(jié)果。從圖3中可以看出，隨著頻率的變化，S21參數(shù)圍繞某一均值上下波動(dòng)，證明了頻率攪拌調(diào)節(jié)場(chǎng)環(huán)境分布的有效性。參考頻率攪拌方式下攪拌帶寬大小的選取原則，這里取100個(gè)樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行平均，并將其視為中心頻率點(diǎn)下混響室的均值場(chǎng)強(qiáng)，據(jù)此可以得到圖3中所示的較為平滑的S21均值曲線。

由于試驗(yàn)選取的受試天線均為喇叭天線，因此無需考慮天線效率對(duì)SE結(jié)果的影響，可直接利用（2）式計(jì)算箱體的SE值。圖4給出了箱體SE的測(cè)試結(jié)果，從圖中可以看出，在該測(cè)試頻段內(nèi)，箱體的SE基本穩(wěn)定在15 dB左右。如果將SE測(cè)試曲線的局部放大，能夠看出該曲線存在很多細(xì)小的毛刺并不平滑，如同添加了噪聲一般，噪聲幅值大小約為3dB.

針對(duì)該問題，如果增大頻率攪拌的帶寬，選取更多的樣本數(shù)據(jù)平均，獲得的電場(chǎng)均值將愈加趨近于理論值，使得均值曲線更為平滑，然而增大攪拌帶寬勢(shì)必會(huì)造成測(cè)得的SE曲線失去某些峰值信息，因此單一頻率攪拌在SE測(cè)試精度方面存在一定的局限性。因此本著提高測(cè)試精度的原則，有必要對(duì)該問題做進(jìn)一步的研究，并加以改善。

圖3 S21參數(shù)測(cè)試曲線Fig.3 Curves of test parameters S21

圖4 SE測(cè)試結(jié)果Fig.4 SE test result

2 基于復(fù)合攪拌的測(cè)試方法改進(jìn)

在攪拌帶寬不變的前提下，可以減小掃頻間隔獲取更多的樣本數(shù)據(jù)，然而過小的掃頻間隔很容易導(dǎo)致樣本數(shù)據(jù)彼此相關(guān)，而這在統(tǒng)計(jì)學(xué)中是不允許的。為此，首先想到采用增強(qiáng)攪拌效率的技術(shù)手段，用于擴(kuò)大帶寬內(nèi)的獨(dú)立樣本數(shù)量，以獲取更為精確的場(chǎng)量均值。

2.1 復(fù)合攪拌及其攪拌效率分析

攪拌效率可由一個(gè)攪拌周期內(nèi)提供的獨(dú)立樣本數(shù)量來衡量，樣本是否獨(dú)立則由彼此間的相關(guān)性系數(shù)決定。前期的研究結(jié)果表明，混響室在機(jī)械攪拌方式下，單一攪拌器的攪拌效率要明顯弱于水平攪拌器與垂直攪拌共同工作時(shí)的攪拌效率，并且隨著二者轉(zhuǎn)速比的提升，攪拌效率增強(qiáng)。

對(duì)上述現(xiàn)象進(jìn)行深入分析，兩攪拌器共同轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，提供了更為豐富的攪拌位置組合，使得邊界條件改變方式更為豐富，因此兩攪拌器共同轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的攪拌效率勢(shì)必高于單一攪拌器轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)攪拌器的轉(zhuǎn)速比提升時(shí)，轉(zhuǎn)速快的攪拌器旋轉(zhuǎn)完一周提供了全部的獨(dú)立樣本數(shù)據(jù)，而轉(zhuǎn)速慢的攪拌器因只提供了一部分獨(dú)立樣本數(shù)據(jù)。因此可以假設(shè)一種理想情況，即慢攪拌器只步進(jìn)一個(gè)獨(dú)立攪拌位置時(shí)，快攪拌器就旋轉(zhuǎn)完畢一周，當(dāng)慢攪拌器轉(zhuǎn)動(dòng)一周完畢后，能夠提供的所有獨(dú)立攪拌位置均會(huì)出現(xiàn)，此時(shí)提供的獨(dú)立樣本數(shù)據(jù)最大，攪拌效率也達(dá)到最高。假設(shè)混響室內(nèi)有M個(gè)攪拌器，每個(gè)攪拌器能提供的獨(dú)立樣本數(shù)據(jù)量為Nind（m），理論上機(jī)械攪拌方式能夠提供的最大獨(dú)立樣本數(shù)量為

基于上述分析，可以借鑒多個(gè)攪拌器工作在不同轉(zhuǎn)速下提供的不同邊界條件組合位置的思想，采取一種機(jī)械攪拌與頻率攪拌相結(jié)合的復(fù)合攪拌方式，從而在不增大攪拌帶寬的前提下增大獨(dú)立樣本數(shù)量。復(fù)合攪拌的具體實(shí)現(xiàn)方法如下:機(jī)械攪拌器工作在步進(jìn)攪拌方式，在不同的步進(jìn)位置下，激勵(lì)源采用線性掃頻攪拌方式激勵(lì)混響室從而實(shí)現(xiàn)復(fù)合攪拌［10］。假設(shè)攪拌器步進(jìn)M個(gè)獨(dú)立的攪拌位置，每一個(gè)攪拌位置下的頻率攪拌所能提供的獨(dú)立樣本數(shù)量為Nind（m），因此復(fù)合攪拌能提供的最大獨(dú)立樣本數(shù)量為

顯然這種復(fù)合攪拌相對(duì)單一頻率攪拌，可提供的獨(dú)立樣本數(shù)量將隨攪拌器的步進(jìn)數(shù)成倍提升，這將大大提升攪拌帶寬內(nèi)的獨(dú)立樣本數(shù)量，進(jìn)一步降低場(chǎng)量均值曲線的測(cè)試誤差。

2.2 復(fù)合攪拌SE測(cè)試與結(jié)果分析

基于復(fù)合攪拌方式開展腔體的SE測(cè)試，需要在被測(cè)腔體內(nèi)部安裝攪拌器，以保證嵌套小混響室內(nèi)同樣能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)合攪拌。為此，在1.2節(jié)的被測(cè)腔體內(nèi)部安裝了一個(gè)小型的垂直攪拌器，攪拌扇葉寬為15 cm，高為80 cm，由安裝在箱體頂部的步進(jìn)電機(jī)控制轉(zhuǎn)動(dòng)，攪拌器結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 被測(cè)腔體攪拌器Fig.5 Mechanical stirrer in test enclosure

在復(fù)合攪拌方式下，設(shè)置大、小混響室內(nèi)的攪拌器每次步進(jìn)角度為20°，攪拌器相對(duì)初始位置轉(zhuǎn)動(dòng)5次，每個(gè)步進(jìn)位置下均進(jìn)行頻率攪拌。因此共獲得復(fù)合攪拌方式下的6組測(cè)試數(shù)據(jù)。對(duì)總的樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，圖6給出了復(fù)合攪拌方式下箱體內(nèi)、外部的S21均值曲線，并將其與單一頻率攪拌測(cè)得的S21均值曲線進(jìn)行了對(duì)比。從圖6中可以看出，復(fù)合攪拌方式下的S21均值曲線在很好地保留峰值信息的同時(shí)，較原始數(shù)據(jù)平滑了許多，通過局部放大圖可以看到，平滑掉的“噪聲”誤差能達(dá)到1.5 dB，取得了很好的效果。

圖6 頻率攪拌與復(fù)合攪拌下的S21均值曲線Fig.6 Mean curves of S21tested by frequency and combined stirring modes

圖7給出了復(fù)合攪拌方式下的箱體SE測(cè)試曲線，同樣與原始的SE測(cè)試曲線進(jìn)行了對(duì)比，可以看到復(fù)合攪拌下的SE曲線同樣要好于原始測(cè)試曲線，大部分噪聲被平滑掉了。這證明了復(fù)合攪拌方式在改善測(cè)試精度方面的有效性，具有較強(qiáng)的工程實(shí)踐意義。

圖7 頻率攪拌與復(fù)合攪拌下的箱體SE曲線Fig.7 SE curves tested by frequency and combined stirring modes

3 基于濾波的數(shù)據(jù)處理方法改進(jìn)

復(fù)合攪拌方式增加了樣本數(shù)量，降低了測(cè)試的不確定性，有效改善了SE曲線的平滑度。然而該方法需要為腔體安裝攪拌器，一方面增加了測(cè)試難度，另一方面也不適用于小尺寸腔體的SE測(cè)量。因此考慮是否可從數(shù)據(jù)處理方法入手，在有限量樣本數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，獲取更為精確的場(chǎng)量均值曲線。

3.1 傳統(tǒng)數(shù)據(jù)處理與遞推平均濾波等效性分析

如果從工程測(cè)試的角度進(jìn)行分析，假設(shè)電場(chǎng)均值曲線是所關(guān)心的被測(cè)信號(hào)，混響室內(nèi)電場(chǎng)值在各種攪拌方式下沿場(chǎng)量均值上下波動(dòng)，使得“場(chǎng)均值”這一有用信號(hào)被淹沒在了人為攪動(dòng)起來的“噪聲”之中［11］。在頻率攪拌方式下，對(duì)于一組基于線性掃頻的測(cè)試數(shù)據(jù)，將每一個(gè)采樣頻點(diǎn)都視為中心工作頻率，并取相鄰帶寬內(nèi)的數(shù)據(jù)取平均，即可獲得混響室內(nèi)電場(chǎng)均值隨頻率變化的一條連續(xù)曲線。而這種對(duì)“場(chǎng)均值”的處理方法，實(shí)際上是電子工程領(lǐng)域常用的一種降噪方法，即“遞推平均濾波算法”。遞推平均濾波算法又稱滑動(dòng)平均濾波法，對(duì)連續(xù)的采樣數(shù)據(jù)，取N個(gè)采樣值看成一個(gè)隊(duì)列，隊(duì)列的長(zhǎng)度固定為N，每次采樣到一個(gè)新數(shù)據(jù)放入到隊(duì)尾中去，并扔掉隊(duì)首的一個(gè)數(shù)據(jù)，即先進(jìn)先出原則。然后把隊(duì)列中的N個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行算數(shù)平均運(yùn)算，即可獲得濾波結(jié)果。

根據(jù)上述分析，如果將場(chǎng)值的波動(dòng)視為干擾噪聲，利用濾波手段對(duì)采集到的樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并濾除掉噪聲部分，那么所關(guān)心的“場(chǎng)均值”曲線就能夠被很好地還原出來，因此選用一種比遞推平均濾波更合適的濾波方法來處理數(shù)據(jù)，勢(shì)必能夠更好地減小測(cè)試誤差。

3.2 基于有限沖擊響應(yīng)數(shù)字低通濾波的測(cè)試結(jié)果分析

除遞推平均濾波法外，目前常用的一些數(shù)字濾波算法還有中位值平均濾波法、加權(quán)遞推平均濾波法、1階慣性濾波法等。這些方法雖較前者均有一定的改進(jìn)，然而相對(duì)于具有非零攪拌帶寬的頻率攪拌方式而言并不適用，因?yàn)轭l率攪拌不適于提供更多樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行平均。對(duì)采集到的樣本曲線進(jìn)行特征分析可知，所關(guān)心的“場(chǎng)均值”曲線相對(duì)平緩，其頻譜相對(duì)被攪拌起來的噪聲信號(hào)頻率要小很多，因此可設(shè)計(jì)合理的數(shù)字低通濾波器，在濾除掉高頻噪聲的同時(shí)，有效保留想要的低頻“場(chǎng)均值”信息。

低通濾波器的種類多種多樣，特性也不盡相同，有限沖擊響應(yīng)（FIR）濾波器是數(shù)字信號(hào)處理中最常用的一種濾波器，且Matlab中的濾波工具箱方便對(duì)FIR濾波過渡帶等參數(shù)的修改和設(shè)計(jì)，這里通過設(shè)計(jì)FIR數(shù)字低通濾波結(jié)合漢明窗對(duì)原始測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，低通濾波后的處理結(jié)果如圖8所示，圖8中同時(shí)給出了遞推平均濾波得到的均值曲線。從中可以看出，采用低通濾波方式獲取的S21均值曲線有效的濾除掉了更多的噪聲部分，在保持均值波形不變、保留峰值信息的前提下，極大地平滑了測(cè)試曲線。

圖8 低通濾波處理的S21均值曲線Fig.8 Mean curves of S21processed by low-pass filter

在此基礎(chǔ)上，圖9給出了采用該數(shù)據(jù)處理方法得到的箱體SE曲線，并取得了令人滿意的效果。

利用低通濾波的數(shù)據(jù)處理方法，能夠更加準(zhǔn)確地獲得電場(chǎng)的均值曲線，這使得研究人員在頻率攪拌SE測(cè)試中，不必過多地關(guān)注攪拌帶寬，理論上來講，只需保證掃頻間隔足夠?。ú蓸勇首銐蚋撸纯蛇€原得出電場(chǎng)均值曲線。該方法無需增加測(cè)試系統(tǒng)的復(fù)雜度和測(cè)試的工作量，很好地保留了頻率攪拌的測(cè)試優(yōu)勢(shì)，因此在一定程度上來講，該方法相比復(fù)合攪拌方式的應(yīng)用空間更為廣闊，并更具推廣價(jià)值。

圖9 低通濾波處理得到的SE曲線Fig.9 SE curves processed by low-pass filter

4 結(jié)論

本文對(duì)頻率攪拌混響室法腔體SE的測(cè)試原理進(jìn)行了闡述，針對(duì)試驗(yàn)測(cè)試中暴露處的單一頻率攪拌方式測(cè)試精度不高的技術(shù)難題，提出了基于復(fù)合攪拌的腔體SE測(cè)試技術(shù)，與一種基于數(shù)字低通濾波的數(shù)據(jù)處理方法，用于改善混響室條件下腔體SE的測(cè)試精度。兩種方法均起到了較好的效果，并得到了以下結(jié)論:

1）頻率攪拌技術(shù)能夠很好地用于混響室條件下的腔體SE測(cè)試，較傳統(tǒng)的機(jī)械攪拌方式測(cè)試方法，在簡(jiǎn)化測(cè)試系統(tǒng)的同時(shí)大大的縮短了測(cè)試時(shí)間。

2）復(fù)合攪拌腔體SE測(cè)試方法在不增大攪拌帶寬的基礎(chǔ)上，可成倍提升獨(dú)立樣本數(shù)量，進(jìn)而減小均值估計(jì)區(qū)間，提高測(cè)試精確度。但該方法需要機(jī)械攪拌配合使用，適用范圍受到限制。

3）基于FIR數(shù)字低通濾波的數(shù)據(jù)處理方法在還原均值信號(hào)波形與保留峰值信息的同時(shí)，能夠獲得較理想的平滑均值曲線，提升了數(shù)據(jù)處理的精確。該方法無需過多關(guān)心樣本容量，且不受腔體體積的限制，在混響室法腔體SE測(cè)試中更具應(yīng)用與推廣價(jià)值。

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Improved Test Method for Shielding Effectiveness of Enclosures in Reverberation Chamber

LIU Yi-fei1，CHEN Yong-guang2，CHENG Er-wei3
（1.National Key Laboratory of Intense Pulsed Radiation Simulation and Effect，Northwest Institute of Nuclear Technology，Xi'an 710024，Shaanxi，China；2.Beijing Institute of Tracking and Technology，Beijing 100094，China；3.Electrostatic and Electromagnetic Protection Institute，Ordnance Engineering College，Shijiazhuang 050003，Hebei，China）

The principle of testing the shielding effectiveness（SE）of enclosures in reverberation chamber（RC）using frequency-stirred method is introduced briefly.Based on this，the shielding effectiveness of a slotted enclosure is measured.As to the low metering accuracy exposed in test，a combined stirring test technology is proposed，which can significantly increase the sample size in stirring bandwidth，thus reducing the uncertainty of test result.A new method based on digital low-pass filtering is presented to get the mean curves of electric field.The proposed method can effectively retain the peak information and obtain the desired smooth of electric field，so it enhances the accuracy of data processing.Compared with the two method，the combined stirring test method needs to combine mechanical stirring with frequency stirring，which is more suitable for large cavity test.The digital low-pass filtering is careless of the sample size and does not need additional test equipment.

ordnance science and technology；reverberation chamber；shielding effectiveness；frequency stirring；nested reverberation chamber；combined stirring

TM152

A

1000-1093（2016）07-1245-07

10.3969/j.issn.1000-1093.2016.07.012

2015-06-09

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51107147、51177174）；西北核技術(shù)研究所預(yù)先研究項(xiàng)目（11131501）

劉逸飛（1985—），男，助理研究員，博士。E-mail:liuyifei@nint.ac.cn