一种经济型小型微波暗室的设计方案

第９卷第１３期２００９年７月１６７１－１８１９（２００９）１３—３８４４・０３科学技术与工程

ＳｃｉｅｎｃｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＶ０１．９Ｎｏ．１３Ｊｕｌｙ２００９＠２００９Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈ．Ｅｎｇｎｇ．

一种经济型小型微波暗室的设计方案李淑华（海军航空工程学院青岛分院，青岛２６６０４１）

摘要按照一般机载雷达用户地面保障和维修需求，从结构、屏蔽性能、吸波性能、材料选择等几个方面，对小型微波暗室的关键要素进行了设计与分析，方案充分体现了实用性和经济性。关键词经济型微波暗室方案

中图法分类号ＴＮ９５７．５；文献标志码Ａ

微波暗室是实验室条件下保证雷达全系统工作和保护人员安全的必备条件。为满足机载雷达在实验室条件下全功率辐射的实际需要，很多一线工作场所需要建设全屏蔽的微波暗室。建设可以完成雷达远场测试的大型微波暗室，在很多时候不是完全必要的，特别是对一般雷达用户而言，往往只需要完成基层级和中继级维修，即完成雷达在实验室条件下的全状态检查与测量、天线的辐射检查与测量、微波通道的驻波比等参数测量，不需要测量天线的方向图，在此情况下，完全可以建设一种小型经济的全屏蔽的微波暗室。此类暗室的设计空间不需要将整套雷达设备和检测设备容纳进去，而只需容纳扫描器和辐射天线，并能使天线正常扫描即可。这里提出了一种经济实用的小型微波暗室设计方案。

１结构与屏蔽设计由于微波暗室主要用于雷达的全功率辐射时微波能量吸收以及微波通道的参数测量，因此，暗室的空间以能容纳天线扫描器的正常扫描为宜。如：若天线尺寸为ｌ２００×７００ｍｍ２，则暗室在装完吸波材料后的净空间１８００（长）×

２００９年３月３０日收到作者简介：李淑华，教授。硕士生导师。Ｅ．ｍａｉｌ：ｌｓｈ５１８４４＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ。

１８００（宽）Ｘ２５００（高）ｍｍ３即可。结构形式可以采用外墙用砖混结构，内部用金属板构建屏蔽室；也可以先构建内金属屏蔽室，然后在外层装饰其他墙面材料。机载雷达发射平均功率一般较高，通常可达到４００ｗ以上。因此，为保护实验室仪器设备的安全和工作人员的安全，必须对雷达辐射的强功率电磁波进行吸波衰减和屏蔽。屏蔽的基本方法有组合型和焊接型【１｜。组合型由墙板和使墙板连接的夹具组成，墙板可以采用两面覆盖镀锌薄层的胶合板或镀锌的钢板，夹具使墙板安装成一个整体，并保证了墙板的导电连续性。焊接方法是由钢板或铜板经焊接而成的密封体，对微波频段，要求焊接工艺精密，同时焊接型结构造价高。对全屏蔽室除需要有通道门外，还需要有散热波导窗、电缆通道、天线安装平台等。屏蔽室的屏蔽效果可由屏蔽性能来定义，对于不同频率，屏蔽性能要求不同，ＮＳＡ６５－６标准中规定，ｌＧＨｚ的平面波和１０ＧＨｚ的微波其屏蔽性能应达到１００ｄＢ。本方案采用六面钢板焊接屏蔽结构，具体结构见图１。由于雷达在全功率辐射时能量被吸波材料所吸收并转化成热能，因此在屏蔽室壁上开有两个波导通风窗用于散热。

万方数据１３期李淑华：一种经济型小型微波暗室的设计方案３８４５图１屏蔽室结构图２吸波性能的设计２．１照射功率密度的计算暗室的吸波能力主要体现在六个壁上所粘贴吸波材料的能吸波能力。吸波材料的选择则必须依据雷达辐射到六面壁上最大功率密度。阵列天线辐射功率密度的表达式‘２１为：ｓ＝塑堕４炉，ｒＲ２

（１）ｕ一＼１，

（１）式中Ｐｍ表示天线输入功率，吼为效率因子，Ｄ（秽，ｐ）为天线的方向函数，厂为天线反射系数，尺离天线的距离。对均匀幅相照射的平面口径天线，其最大方向性为：

Ｄ一＝４Ｉｒ告（２）（２）式中Ａ为天线面积，Ａ为工作波长。此时，若再考虑天线的口径效率岛和传输效率占，，则距平面口径天线Ｒ的处最大辐射功率密度的表达式为：

ａＰｉｎＤ一占Ｌ（１一ＩＦＩ２）Ｐ。ｔ占Ｌ占＾占ｒ（１一ＩＦＩ２）Ａ。一４１ＴＲ２一ＲＲ２Ａ２４盯Ｒ２‘Ａ‘

（３）对偏馈椭圆抛物面天线，若喇叭馈源中心距离抛物面中心的距离为Ｒ，，喇叭照射到抛物面上最大功率密度的表达式为：

ｓｌ＝Ｐ。ｍ占通道Ｇ喇叭占照射ｓ匹配／４１Ｔ硝（４）（４）式中Ｐ。。为发射机输出功率，占通道为传输通道效率因子，Ｇ喇叭为喇叭馈源增益，占照射为喇叭馈源照射到抛物面上的效率因子，占匹配为天线辐射效率因子。无论对何种类型的天线，只要导出辐射功率密度表达式，即可根据雷达实际数据，求出需要吸收的最大功率密度。‘例如若一部机载雷达其发射机输出功率为８００ｗ，天线采用偏馈椭圆抛物面天线，尺寸为１２００Ｘ７００ｍｉｌｌ２，射频传输通道的效率因子为０．６，喇叭馈源增益为１０，喇叭馈源照射到抛物面上的效率因子０．９，天线辐射效率因子０．９８，馈源距抛物面的距离为０．５ｍ，抛物面口面距离最近吸波壁为ｌｍ。

则吸波壁上受到辐射的最大功率密度可有（４）式求出：

ＳＩ＝Ｐ。ｕｔ占通道Ｇ喇叭占照射ｇ匹配／４．ｔｒＲ２＝８００ｘ０．６Ｘ１０ｘ０．９ｘ０．９８／（４ｘ３．１４ｘ０．５２）＝

１３４８．２８Ｗ／ｉｎ２。本方案中由于天线是转动辐射，且距吸波材料的距离不超过ｌｍ，因此Ｓ，可以近似看着口面场的

在吸波墙处的辐射功率密度。２．２材料的选择由于天线是旋转扫描辐射的，因此希望暗室六个壁的散射电平要满足一定要求，对雷达参数检测而言，散射电平必须低于雷达天线的驻波要求的反射电平，并且是满足在多个转角条件下的回到天线中的散射电平低于天线自然辐射时的反射电平。因此，必须在屏蔽室的六面敷设吸波材料，且吸波材料在吸收微波能量并转化为热能后，应不导致吸波材料性能发生化学变化，更不允许自燃。目前，市场上用于暗室吸波的材料主要有宽带吸波类、对消吸波类、铁氧体和锥形混合类等几种【３】。不同类型材料具有不同的特点。宽带吸波材料是由泡沫基材制成的锥形或斧形吸波材料，由于其形状特点使得从锥尖到锥底对入射波形成逐渐变化的阻抗变换，因此具有较小的反射，且有很宽的频带，在典型带宽内的反射性能低于一５０ｄＢ；

对消吸波材料采用三层结构，入射波从材料底层反

万方数据３８４６科学技术与工程９卷射回来通过介质到达表层时和直接从表层反射的电磁波反相，从而减少反射，此类材料在窄频带具有较好性能，厚度薄，典型的插损可达一２０ｄＢ；铁氧体和锥形混合吸波材料主要用于电磁兼容测试室，此种情况下不需要有很低的反射电平，且可以在很宽的频带范围内具有优良的特性，在ｘ波段插损可达一４５ｄＢ。暗室地面由于要承重，吸波材料可选用多层蜂窝夹芯结构，其厚度可根据反射性能要求增减，市场上已出现反射性能达一５０ｄＢ且高度不超过１８０咖的新型多层蜂窝夹芯吸波材料。根据以上对吸波材料的分析和实际辐射到暗室壁上的功率密度，本方案四面墙及顶部选择吸波性能良好、功率承受密度为１５００Ｗ／ｍ２的ＳＡ一３００型锥形材料；地面则采用新型结构、难燃、耐高功率、单位平方米承重达５ｔ、高度为１８０ｎｌｎｌ的多层蜂窝夹芯型微波吸收材料。２．３吸波材料的粘贴吸波材料的粘贴可选用４０１强力胶，其工艺流程：（１）以屏蔽室轴线为基准，按吸波材料底部尺寸，找出垂直、水平点，用木斗弹出分路线，检查验收合格后，再进行吸波材料粘接。先粘接顶部，安装从上往下进行，这样能防止连接时少量黏剂滞漏吸波材料表面上，影响整体美观。（２）粘贴前先将墙体上残余物体清除干净，提前２４ｈ准备粘接。（３）粘贴时先在墙体上刷一次强力胶（适量），待约２０ｍｉｎ后刷第二次强力胶（适量）将吸波材料底部（粘接面）清除干净后刷强力胶（适量）根据室内温度待强力胶基本干后同墙体粘接。粘接时，每块吸波材料均粘到方格线内，用专用工装辅助定位，使吸波材料安装后排列整齐美观。（４）屏蔽门内壁上粘贴同样吸波材料，工艺流程墙体相同，需要注意的是铰链处要完全用吸波材料覆盖好。（５）拐角与棱边的处理。暗室中拐角及棱边虽不在主要位置上，但处理不当，同样会影响吸波性能。当天线作扫描运动超过±４００时，因棱边材料处理不当，皆时会出现较大的驻波包络起伏，因此，暗室中的拐角及棱边部位应选用均匀过渡式的锥形材料以减少对静电区特性的影响。

参考文献ｌ吕文红，郭银景，唐富华，等．电磁兼容原理及应用．北京：清华大

学出版社，２００８２［美］ＭａｉｌｌｏｕｘＲＪ．相控阵天线手册．南京电子技术研究所译．北京：电子工业出版社，２００７３康青．新型微波吸收材料．北京：科学出版社，２００６

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