大型微波暗室設(shè)計(jì)方法及施工工藝研究

姚建軍，楊杰

（中國(guó)航空規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院有限公司，北京 100120）

微波暗室內(nèi)部六面均采用全金屬材料制作的封閉立方區(qū)域，由于外界電磁波無法穿過，同時(shí)內(nèi)部電磁波也無法輻射出去，暗室構(gòu)建了能夠屏蔽外界電磁干擾、抑制內(nèi)部電磁多路徑反射干擾、對(duì)來波能夠幾乎全部吸收的相對(duì)寂靜的電磁測(cè)量環(huán)境。微波暗室內(nèi)可通過遠(yuǎn)場(chǎng)和近場(chǎng)測(cè)量軟硬件系統(tǒng)，精確測(cè)量雷達(dá)、通信設(shè)備的天線參數(shù)和各種飛行目標(biāo)電磁散射特性等。微波暗室對(duì)于開展微波應(yīng)用技術(shù)研究和提高科研水平具有重要作用。

隨著我國(guó)相關(guān)技術(shù)的快速發(fā)展，微波暗室的尺寸逐步增大，暗室的設(shè)計(jì)及施工難度越來越大。因此，本文將結(jié)合大型微波暗室項(xiàng)目，對(duì)其設(shè)計(jì)、施工質(zhì)量和施工工藝等重要工藝進(jìn)行研究，以提高大型微波暗室性能、生產(chǎn)效率、經(jīng)濟(jì)效益。

1 微波暗室介紹

1.1 微波暗室的分類

按測(cè)試功能劃分，微波暗室分為天線遠(yuǎn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)室、天線近場(chǎng)實(shí)驗(yàn)室、RCS 遠(yuǎn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)室、RCS 近場(chǎng)實(shí)驗(yàn)室、EMC 實(shí)驗(yàn)室、電磁系統(tǒng)的兼容實(shí)驗(yàn)室（如天線的收發(fā)隔離）以及武器裝備功能實(shí)驗(yàn)設(shè)施；按形狀劃分微波暗室為矩形暗室、錐形暗室、緊縮場(chǎng)暗室、雙喇叭暗室等。

1.2 微波暗室的組成

微波暗室項(xiàng)目工程設(shè)計(jì)方案主要包括屏蔽殼體、吸波材料、配套設(shè)施，具體如下。

屏蔽殼體：包含屏蔽殼體、電纜溝及各設(shè)備基礎(chǔ)的屏蔽和屏蔽門。

吸波材料：包括材料性能參數(shù)選擇、布局設(shè)計(jì)及鏈路計(jì)算等，并對(duì)屏蔽門、轉(zhuǎn)臺(tái)及拐角等特殊區(qū)域處理方式進(jìn)行論述。

配套設(shè)施：包括通風(fēng)系統(tǒng)（含波導(dǎo)窗）、溫度控制系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、配電和照明系統(tǒng)（含濾波器、波導(dǎo)管等電源或信號(hào)傳輸設(shè)備）、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、信號(hào)轉(zhuǎn)接裝置、屏蔽接地系統(tǒng)、控制間等。

本文主要針對(duì)屏蔽殼體、吸波材料的設(shè)計(jì)與施工重點(diǎn)進(jìn)行研究。

2 大型微波暗室的設(shè)計(jì)與施工工藝

2.1 屏蔽殼體

微波暗室功能較多，各類暗室特點(diǎn)各異，功能概念設(shè)計(jì)階段需要根據(jù)具體測(cè)試要求做充分的論證，從而對(duì)殼體的外形（包括大致尺寸、形狀等）提出合理的方案。

（1）殼體尺寸設(shè)計(jì)。根據(jù)天線的輻射特性，天線周圍空間可分為不同的3 個(gè)區(qū)域，分別為感應(yīng)場(chǎng)區(qū)（0 ≤r ≤λ/2π）、輻射進(jìn)場(chǎng)區(qū)（λ/2π ≤r ≤max（2D2／λ））、輻射遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)（r ≥max（2D2／λ））。微波暗室設(shè)計(jì)時(shí)，首先，需要考慮輻射近遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)條件，本文主要研究遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)試的大型微波暗室，暗室以封閉矩形暗室為例（如圖1 所示），簡(jiǎn)化后的計(jì)算方式為：Dt＝2D2／λ（或特殊情況下可為D2／λ），寬（W）≥0.8×Dt，高（H）＝0.8W ～1W，長(zhǎng)（L）≥W／2＋Dt ＋L1+L2（L1、L2 為喇叭及被測(cè)物距墻壁的距離，需根據(jù)實(shí)際需要分析）。

圖1 暗室設(shè)計(jì)射線關(guān)系圖

此外，錐形暗室也常用于大型微波暗室的遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)試，與矩形暗室相比，錐形暗室更適用于低頻測(cè)試，但應(yīng)用范圍相對(duì)較窄，暗室工作頻率等指標(biāo)必須與暗室功能相結(jié)合，進(jìn)行綜合考慮。

（2）殼體結(jié)構(gòu)與施工工藝要求。殼體結(jié)構(gòu)屏蔽體包括組裝式殼體和焊接式殼體，其中組裝式殼體由屏蔽板用螺釘、壓條（襯墊）相互組成，安裝簡(jiǎn)單，可裝可拆，但屏蔽效能不可能很高；焊接式殼體又稱固定式屏蔽暗室，由屏蔽板體焊接成一體，不易拆裝，這類暗室殼體穩(wěn)定，承載力大，特別適合超高超寬的大跨度屏蔽體，且屏蔽效能遠(yuǎn)高于組裝式殼體暗室。焊接式殼體從受力方面分為獨(dú)立或依附式結(jié)構(gòu)形式，其中大型微波暗室受廠房尺寸限制、殼體變形等限制，多采用依附式結(jié)構(gòu)，屏蔽殼體主結(jié)構(gòu)采用焊接等方式將暗室墻體完全依托于殼體外部的土建鋼柱及鋼梁框架，頂部通過吊點(diǎn)與外部建筑結(jié)構(gòu)連接，將頂部荷載傳遞到土建頂部，墻、頂龍骨采用矩形鋼管形成正方形網(wǎng)格，作為梁柱結(jié)構(gòu)側(cè)向支撐，提高了暗室整體穩(wěn)定性和抗震性能。因此，宜采用廠房主體與殼體主龍骨一體化設(shè)計(jì)形式。

屏蔽層材料采用冷軋低碳鋼板等材料，暗室底面一般采用3mm冷軋鋼板（指標(biāo)要求不高時(shí)也可采用鋼絲網(wǎng)），側(cè)面和頂面一般采用2mm 厚的冷軋鋼板，以能夠滿足屏蔽體的屏蔽效能在不同頻段范圍的指標(biāo)要求；為了提高現(xiàn)場(chǎng)施工效率，屏蔽殼體的鋼柱/梁、屋面圈梁及屋面梁等可在工廠內(nèi)制作，鋼板則須在工廠完成拉平、加工等。為保證殼體內(nèi)表面平整，施工要求σ ≤±3mm/㎡，側(cè)墻對(duì)角線差≤20mm，垂直度誤差≤10mm。屏蔽殼體焊接時(shí)，先進(jìn)行除銹處理，再采用斷續(xù)焊接法，由工人現(xiàn)場(chǎng)調(diào)平、測(cè)量，在鋼板平整度滿足要求的情況下完成滿焊，并對(duì)焊縫進(jìn)行打磨和防銹防腐處理。

同時(shí)，為了確保屏蔽性能，需對(duì)施工尺寸、用料及工藝等按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范，結(jié)合技術(shù)指標(biāo)要求進(jìn)行屏蔽過程檢測(cè)，主要包括以下內(nèi)容。

屏蔽主體結(jié)構(gòu)拼接完成后，將屏蔽殼體劃分出檢漏區(qū)域，對(duì)屏蔽門、濾波器、波導(dǎo)窗等重點(diǎn)設(shè)備用檢漏儀進(jìn)行檢測(cè)，并對(duì)拼接縫進(jìn)行100%的檢查，檢測(cè)不合格處，應(yīng)進(jìn)行調(diào)整，再經(jīng)檢漏儀檢測(cè)，直至檢漏合格為止。

屏蔽鋼板間采用標(biāo)準(zhǔn)連續(xù)焊縫，焊后涂煤油檢驗(yàn)，不得泄漏。

屏蔽門：屏蔽門的結(jié)構(gòu)形式，根據(jù)門洞的大小和運(yùn)輸情況、屏蔽效能指標(biāo)和建設(shè)場(chǎng)地環(huán)境情況，在閘刀型、雙閘刀型、階梯雙閘刀型、梯形、復(fù)合型和平壓型中合理選擇。普通屏蔽門宜選用閘刀型，大開度、大尺寸屏蔽門宜選用平壓型。門扇的運(yùn)動(dòng)方式視電磁屏蔽室的大小和場(chǎng)地空間尺寸確定，可選平開、左右移動(dòng)、上下移動(dòng)、前后移動(dòng)以及復(fù)合運(yùn)動(dòng)等方式。

2.2 吸波材料

（1）吸波材料設(shè)計(jì)與選型。吸波材料是專門用于吸收入射電磁波能量的材料，通常吸波材料在暗室內(nèi)壁五個(gè)壁粘貼吸波材料，在地面放置可以靈活移動(dòng)的吸波體，如此使入射到暗室六壁大部分電磁波能量被吸收，反射極小。吸波材料型材主要包括角錐型吸波材料、平板型吸波材料、地板型吸波材料、棱邊拐角吸波材料；材料主要包括聚氧酯泡沫型、無紡布難燃型和硅酸鹽板金屬膜組裝型。

吸波材料選擇時(shí)，需重視以下方面。

后墻為電波波束主要能量的照射區(qū)域，是靜區(qū)后沿相鄰最近的強(qiáng)干擾源，端墻上吸波材料的反射電平應(yīng)優(yōu)于靜區(qū)所需的反射電平，因此，后墻采用反射性能最好的結(jié)構(gòu)，如長(zhǎng)度較高的角錐結(jié)構(gòu)。

前墻、側(cè)墻、地面和頂部對(duì)靜區(qū)的影響相對(duì)較小，因此，在吸波材料的選取的時(shí)候，一般為主要反射面材料高度的1/2 ～2/3 之間。

屏蔽門、照明燈具、波導(dǎo)窗、監(jiān)控設(shè)備需考慮安裝吸波材料，吸波體的高度和待吸收的電磁頻率成反比，需要吸收的電磁波頻率越低，吸波體的長(zhǎng)度越高，所以暗室的電磁波頻率不能太低，太低了吸波體的高度將過高。

（2）吸波材料安裝工藝。吸波材料安裝時(shí)，可采用膠裝方式、膠裝與掛裝結(jié)合的方式，大型微波暗室多采用膠裝方式，流程如圖2 所示。吸波材料安裝遵循先頂面、再立面、后地面的原則，邊安裝邊調(diào)整，保證吸波材料底座間距不大于2mm，保障錐尖矩陣規(guī)范性，同時(shí)施工時(shí)需要注意，以下內(nèi)容。

圖2 吸波材料安裝流程

腳手架由專業(yè)架子工搭建，所用鋼管等配件要提前清理干凈，不得有鐵銹、水泥、沙土等可掉落物。

腳手架邊緣與墻體距離=吸波材料長(zhǎng)度+30cm 施工空間。

腳手架頂與頂面墻體距離為1.9m（或2.6m），滿足人員施工空間。

以建筑物水平線向上，按照吸波材料底座高度向上放線；每隔3 ～5m 進(jìn)行一次校準(zhǔn)，消除累積誤差。

3 結(jié)語

本文以大型微波暗室為研究對(duì)象，對(duì)其設(shè)計(jì)、施工質(zhì)量和施工工藝等進(jìn)行研究，提出了優(yōu)化微波暗室設(shè)計(jì)、提高微波暗室施工質(zhì)量和工藝的關(guān)鍵點(diǎn)。