源搅拌混响室设计与评估方法研究

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随着各种电子产品和设备爆炸式的增长,电磁环境越来越复杂,电子设备的电磁兼容性能受到了前所未有的重视。无论是军用还是民用的电子设备,电磁兼容性能的测试都需要在符合标准要求的场地进行。常见的电磁兼容测试场地有开阔试验场、微波暗室和电磁混响室等。随着近年来对电磁混响室研究的不断深入,电磁混响室已经成为几种主要的电磁兼容测试场地之一。电磁混响室用于电磁兼容测试具有造价低、可提供大场强测试、测试频带覆盖广等优点,已经广泛的应用在汽车、航空航天、武器制造等领域。  源搅拌混响室是电磁混响室的一种,与传统的机械搅拌混响室相比,源搅拌混响室结构更简单,工作区域更大,具有较高的研究价值和应用前景,因此本文对源搅拌混响室进行研究。针对源搅拌混响室现阶段研究存在的仿真速度慢,最低工作频率和腔体边界评估不准确,腔体发射天线占用空间过大,低频性能不良等问题,本文从三方面对源搅拌混响室进行研究。本文的主要研究工作和创新内容体现为:  1、源搅拌混响室快速仿真算法的提出和仿真实现:提出了源搅拌混响室的快速仿真方法,所提算法可利用无耗腔体的计算得到有耗腔体中的频域结果,去除了使用FDTD方法仿真有耗源搅拌混响室时电场的稳定速度慢对仿真效率的影响,仿真效率大幅提高。具体内容包括:研究了电磁混响室的衰减机制,分析和推导了源搅拌混响室中表示腔体内各种损耗机制的品质因数值,建立了有耗源搅拌混响室仿真模型,利用FDTD仿真算法得到腔体内时域结果。建立了与上述有耗腔体尺寸相同的无耗腔体,仿真得到了无耗腔体中的电场分量的时域结果并使用时间窗口和衰减函数对此信号进行处理。利用快速傅里叶变换对有耗腔体中和无耗腔体中处理过的场强分量时域结果进行时频转换得到对应电场分量的频域信号。通过仿真结果可知,使用快速仿真方法可以通过无耗腔体FDTD仿真和后处理计算快速准确得到有耗腔体内的频域结果。  2、源搅拌混响室性能评估方法研究:AD检测矩阵对源搅拌混响室的最低工作频率和工作区域边界的判断更加准确,减小源搅拌混响室性能评估过程中由评估方法带来的误差。  首先证明了源搅拌混响室中电场应该满足的理论概率分布,分析了统计量与理论分布函数的关系,利用数值方法得到了各电场量的理论概率密度函数曲线和积累分布函数曲线。然后给出了源搅拌混响室完整搅拌周期内的电场样本集合的生成方法,并对样本值进行了Anderson-Darling拟合度检验。提出了AD拟合度检验矩阵的构造方法和处理方法,分析了AD检验矩阵用于源搅拌混响室工作区域和最低工作频率的评估方法,比较了AD检测矩阵评估方法与其他评估方法的区别,验证了评估方法的有效性。  3、新型源搅拌混响室设计方面:分析了形状、尺寸对源搅拌混响室最低工作频率、模式数量、模式密度和模式间隔的影响,设计具有较低的最低工作频率的腔体。主要应用平面波谱和模式展开理论,分析了源搅拌混响室阵列天线的阵元间距,同时激励的阵元数量和阵列天线距离腔体壁之间的距离等因素可能对腔体产生的影响。设计了不同激励方式的仿真模型,使用本文提出的FDTD快速算法得到了每个模型的数值计算结果,利用本文提出的AD检验矩阵验证并比较了各种激励方式的腔体性能。不同源搅拌模型的设计方法、参数设置与仿真评估是本文独立的原创工作。
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