混响室空间相关特性研究与测量

　　0　引　言

　　从近几年关于混响室的研究与发展来看,今后混响室必将广泛应用于电磁兼容测试领域,成为重要的测试场地之一。目前,世界上仅有很少的研究所和公司有能力设计和开发混响室技术,因为它的统计特性的复杂性使得它难于理解从而限制其广泛应用[1、2]。对于混响室内场统计特性的复杂性,在越来越多的混响室效能测试中,都引用混响室内电磁场精确模式数作为一些研究的重要参数。一般而言,混响室是在高品质因子Q的屏蔽壳体内配有机械的搅拌器,用以连续地改变内部的电磁场分布模式。在混响室内的测量可以视为一个随机过程,提供的电磁环境是空间均匀、各向同性和随机极化的。场的统计平均是通过转动机械搅拌器(或扇叶)增加扇叶的步进值而改变边界条件达到的[3、4]。混响室实现的一个主要目标就是在一个空间变化的场内,达到场的统计平均。本文通过理论分析、数值计算与实验相结合的方法研究场内空间两点的概率密度相关性,即详细讨论并对比不同频率多个离散扇叶位置取样下,对场内两点相关特性的影响。对于更深刻理解混响室内场统计特性,划分场均匀区,有重要的指导作用。

　　1　理论模型

　　本文中的理论模型混响室内统计模型[5],在许多的实际统计运用中,常常用相关函数讨论随机场的统计特性。在文献5中,提出了一个对任意不规则形状的腔体都适用的统计模型。对于计算腔体中的两点相关性,文献5中提到两类相关函数,这两类相关函数均能描述复杂腔体中的场变化。第一类相关函数称为空间相关函数,混响室内场的表达式是接收天线放置位置的连续函数:

　　式中,k是指波数ω με,是频率ω的函数;r1ul-r2ur是位置矢量。

　　式1的应用前提是将混响室考虑为将一个复杂腔体,用体积平均代替整体平均。

　　在相关性的计算中,隐含了以下假设[6]:

　　(1)能量等同。在3dB带宽内,某个特定激励频率下的模式Q值与腔体的Q平均值相等,模式的频率与激励频率相等。

　　(2)3dB带宽范围内,模式数M值很大。M的计算公式为:M=Vω3π2c3Qnet,其中,Qnet是指在一个特定激励频率下模式Q的平均值。Qnet在文献6、8中给出计算公式:

　　式中,Qeqv=32VμrδS,QD=32VRA2ε0ω,N是指接受天线的个数,V为腔体体积,μr为腔体壁的相对磁导率,δ是指腔体壁的厚度,S为腔体壁表面积,R和A是作为接受天线的模型,R=50ohm,A=10-4m2。

　　第二类相关函数称为瞬时相关。当两个激励频率ω和ω′的带宽重叠时,就会产生此类相关。由于在每个激励频率下,会激励出一些相同的模式,所以两个激励频率ω和ω′的统计特性是不独立的,在研究混响室内场的统计特性时,采用第一类相关函数,即空间相关SCF[5]。