混响室 - 混波室 - IEC 61000-4-21- 电磁兼容试验和测量技术混波室试验方法

显示全部楼层 · 2023-4-23 10:41:01

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标准号：GB/T 17626.21-2014
中文标准名称：电磁兼容试验和测量技术混波室试验方法
英文标准名称：Electromagnetic compatibility―Testing and measurement techniques―Reverberation chamber test methods使用混波室评估电气和/或电子设备在射频电磁场中的性能和确定电气电子设备的辐射发射等级的通用规范。

机械搅拌混响室

典型混响室 - 混波室

典型混响室 - 混波室

混响室\混波室(Reverberation Chamber)又称模搅拌室(Mode-Stirred Chamber)，指在一个高电导、大尺寸的屏蔽室里，用一个或者几个搅拌器产生一个统计意义上的各向同性的均匀场它可以用来进行电子设备的电磁特性测试。

混响室\混波室emc测试，近年的研究和发展迅速，特别是在抗扰度测试上，混响室法正逐步取代暗室法。混响室中的场统计分布均匀且各向同性，因此不存在暗室法测试不全面的问题而且混响室品质因数很高，可用较小的射频功率在大的测试空间产生很高的场强目前混响室法已经在军用标准MIL-STD-461F/G、GJB151B、汽车零部件标准ISO11452-11及部分车企标准等陆续得到应用。

混响室 - 混波室优点

容易产生高场强电磁波，对功率放大器要求较低
场均匀性好，工作区域大，对被测部件尺寸和测试位置限制小
测试易操作，被测部件不需要更换方向
测试较为全面，可以同时对被测部件所有方向和天线方向进行照射

利用混响室进行辐射发射和抗扰度测试

利用混响室进行辐射发射和抗扰度测试.pdf (1.3 MB, 下载次数: 57)

曾工 · 2023-4-23 11:36:15

混响室是一种新兴的电磁兼容测试场地，混响室主要由屏蔽腔和腔体内部的发射天线、接收天线、搅拌器等部分构成。屏蔽腔保证了腔体内外电磁环境的独立性；搅拌器可以不断的改变腔体内的电场分布，使其内部形成统计均匀的电磁环境；发射天线主要用于向混响室内部注入电磁能量，使混响室处于工作状态；接收天线主要用于混响室的校准、分析。在屏蔽室外，可以通过电脑控制混响室内的搅拌装置，检测被测物状态以及保存和处理相关的测试数据。

电磁兼容场地如开阔实验场、电波暗室等，测试环境内的电磁环境都是应用平面波理论进行分析的，测试理论与方法也都大同小异。而混响室与它们有根本的区别，不能再用平面波理论对其进行分析。混响室内壁的各个表面均为导电性良好的金属，当电磁能量注入混响室后，会在腔体内部多次反射，而且随着搅拌器的运行，混响室内的电磁环境也随着改变。在搅拌器工作一个周期的时间内，在混响室的工作区域内可以得到空间均匀、各向同性和任意极化方向的场，所以混响室内场强、相位、极化方向等都是按照某种统计分布随搅拌器变化的随机变量，分析混响室时也必须使用统计的方法进行。

正是由于混响室独特的工作方式，才让它具有其他场地不具有的一些优点：
i、当注入较小的电磁能量时，可以获得高的场强。注入到混响室内的能量基本不会向外界散失，混响室内部也不存在吸波材料，因此注入的能量大部分都储存在腔体中，形成高场强的环境。同时，由于混响室内电磁波的多次反射，混响室可以很好的模拟非理想环境下复杂的电磁环境，这对于 EUT 的抗扰度测试是十分有利的。从这两点看，利用混响室进行高场强的抗扰度测试是远远优于开阔测试场和电波暗室的。

ii、工作频率范围大。其工作频率范围也可以达到 100MHz-18GHz，虽然混响室的最低工作频率受到混响室空间大小的限制，但不断有提高混响室在低频时的工作性能的新技术出现。

iii、使用用途广泛。不用过多的调整测试设备，混响室就可以进行 RS、 RE、天线效率和各种设备屏蔽效能的测量。

iv、提高测试效率、降低测量成本。混响室中的场并不是单纯的平面波场，而是由各种入射和反射波叠加而成的复合场。因此在测试过程中不需要进行天线扫描和改变天线的极化方向、也不需要旋转 EUT 就可以得到准确的测试结果，大大节省了测试的时间和过程。另外，由于腔体内部不需要铺设吸波材料，会节省不小的开支，并且电波暗室中吸波材料占用的空间也可以被充分的利用，增大了有效测试空间的体积。

v、在较小的功率输入下，可以获得较高的动态范围。这对于高屏蔽效能的测试是很重要的。

vi、采用统计的方法进行混响室的分析可以减少测量的不确定度，提高测量的可重复性。混响室的优点众多，但是由于其复合场环境的特点，在某些需要了解 EUT 不同极化方向性能的情况下，不能给出相应的信息。综合混响室的优点与缺点，并与其他电磁兼容场地比较可知，混响室仍然是一种非常理想的电磁兼容测试场地，并且实际中也得到了越来越广泛的应用。

曾工 · 2023-4-23 11:42:25

混响室的分类
随着对混响室原理的深入研究和理解，混响室的种类也不断丰富，从具有机械搅拌装置的机械搅拌混响室，逐渐发展出多种其他类型的混响室，虽然最终在这些混响室中都可以得到空间均匀、随机极化、各向同性的场环境，但由于它们的搅拌原理和方法上有所不同，所以在性能和使用上也具有一些差别。下面就介绍几种较为常见的混响室：
（1）机械搅拌混响室
机械搅拌混响室具有一个或多个机械搅拌装置，这种装置类似船上的桨叶，在工作过程中，轴上的叶片会随着轴的转动改变位置和方向，使混响室内部的物理结构产生变化，边界结构的改变使腔体内部的场分布发生了变化，这样就获得了统计均匀的电磁环境，图 1.5 为机械搅拌混响室的结构示意图。机械搅拌混响室根据搅拌器是否连续不中断的转动又分为两种搅拌形式：调谐模式（mode-tuned）和搅拌模式（mode-stirrd）。调谐模式状态下，搅拌器每转动一个角度先停止然后进行相应的测试；搅拌模式状态下，搅拌器以某速度匀速转动，对数据进行测试时也不停止。因为后者对仪器的响应要求高、不容易控制、难以解释搅拌速度对结果的影响，所以现在建立的机械搅拌混响室大多都是调谐模式机械搅拌混响室。这两种搅拌形式究竟哪种更为理想存在争议，由于不是本文讨论的重点，所以不再详述。

机械搅拌混响室

利用机械搅拌混响室虽然可以获得统计均匀的场环境，但在搅拌器的安装与使用上会带来一些问题：
第一，搅拌器的叶片必须达到一定尺寸才可以进行有效搅拌，因而会在混响室内占用一部分空间，测试区域的空间由于搅拌器的存在不得不限制于较小的范围内，空间的利用率因此降低；
第二，搅拌器的控制需要一套机电系统，并且必须要考虑搅拌器转轴与腔体连接处的安装问题，增加了混响室的复杂性。

（2）源搅拌混响室
源搅拌由 Y. Huang 和 D. J. Edwards 在 1992 年提出，源搅拌混响室是在机械搅拌混响室应用后提出的又一种搅拌方法，它针对机械搅拌混响室的不足进行了改进。在结构上与机械搅拌混响室最大的不同在于源搅拌混响室取消了机械搅拌器，这样不仅可以增大腔体内可用于测试的空间，而且也不需要安装机械搅拌器的驱动与控制系统，使混响室的安装更为便捷。

在工作过程中，它与机械搅拌混响室也不同。它不需要控制搅拌器的转动与停止，而是通过在工作过程中移动发射天线的位置和发射方向或控制阵列天线阵元的开关状态来改变天线阵列的发射状态从而达到搅拌的目的。

在工作原理上，它在搅拌过程中并不改变腔体的边界条件，而是通过改变发射天线的位置和发射方向来改变混响室中各本征模的权重因子，由此使各个模式叠加而成的总场发生改变，在一段时间内形成统计均匀的场分布。

与机械搅拌混响室相比，因为不需要机械搅拌装置，源搅拌混响室的结构更为简单，其内部的测试空间也变的更大，同时也节省了不少的测量时间与测试成本。不仅如此，源搅拌混响室中也可以得到更好的场均匀性。

（3）频率搅拌混响室
频率搅拌由 David A. Hill 在 1994 年提出。传统的机械搅拌混响室在搅拌过程中改变了腔体的边界条件，这样才能获得足够多的本征模数量使腔体内的场强达到统计均匀。而频率搅拌混响室并不改变腔体的边界条件，而是在较小的频带范围内不断的改变注入到腔体中电磁波的频率，不同的本征模对应的本征系数会随着频率的变化发生改变，这样由它们叠加而成的复合场也会发生变化，就可以在一定时间内形成统计均匀的场分布。由于频率搅拌同样需要在混响室腔体中形成足够的模式数量，在混响室最低工作频率处又频率搅拌形成的较小频带中的模式数量很少，所以其在低频的搅拌效果不理想。

（4）固有混响室
与上几种搅拌方式不同，固有混响室（instrinstic reverberation chamber, IRC）中不存在机械搅拌器，发射天线的位置、方向和频率也不发生改变。这种混响室利用腔体结构的不对称和腔体内部安装的曲面反射体实现电磁场的搅拌。但未见有关这一类型混响室的实验数据，也未见实际建立的固有混响室。

（5）其他类型混响室
其他类型的混响室包括相位反射珊（ phase reflection grating）混响室、波纹墙（corrugated wall）混响室、 Schroeder 漫射体混响室摆动墙（moving wall）混响室和固有振动（vibrating instrinstic）混响室。前三种混响室是通过腔体中不同的反射结构的设计实现搅拌，后两种是依靠腔体物理结构的变化即边界条件的变化实现的搅拌。虽然提出了这些不同类混响室的理论构造方式，但是在实际建设时都会遇到一些问题：比如，摆动墙混响室如何保证腔体良好的屏蔽性能，如何控制墙体的移动等。因此关于这些混响室的研究不多，在实际建设上较为少见。

基于阵列天线的源搅拌混响室研究下载

基于阵列天线的源搅拌混响室研究.pdf (8.41 MB, 下载次数: 1)

曾工 · 2023-4-23 12:24:20

搅拌器是混响室最重要的部分。从电磁散射的角度来讲，搅拌器的作用就是会同混响室的各个壁面对发射天线馈入混响室内的电磁波能量进行多次的反射和散射，由于搅拌器和混响室的壁面均为良导体，损耗小，多次反射和散射信号的叠加使得混响室内部分位置的功率密度增大，形成较强的空间场强，而有些位置则有可能因反相叠加而得到很小的场强。通过搅拌器的运动，随机改变搅拌器的反射和散射特性，从而随机改变空间最大场强值的位置，使工作区内每一点均能达到所期望的高场强，从统计意义上看，就形成了均匀场。由于搅拌器和混响室壁面的随机散射和反射，电磁波的极化特性也变得混乱和随机，从而形成统计意义上的各向同性。

从谐振腔理论的角度看，混响室可看作一个高Ｑ值的谐振腔，当频率低于其最低振荡频率时，不能产生谐振，因而不能形成高场强；当频率高于最低振荡频率而低于混响室的最低工作频率时，混响室内可以形成谐振，但由于所能激励的模数量有限，混响室内的场分布均匀性较差；当频率高于混响室的最低工作频率时，腔体内激励的模数量较多，且搅拌器的状态改变对谐振腔的边界条件的影响明照，每一个状态都会使混响室内谐振模结构和场分布发生剧烈变化，多个不相关的边界条件就产生了多个独立的场分布结构，从统计意义上讲，当样本数量足够多时，就形成了“均匀的”场分布。

搅拌器设计的一般要求
混响室搅拌器没有固定的形状要求，但根据混响室及搅拌器的工作原理以及深入的研究情况来看，搅拌器的设计也具有一些共性的要求：

搅拌器应有足够大的旋转空间，回转直径应不小于最低使用频率波长的1/4，一般在波长的1/3 —1/2；
搅拌器的最大尺寸应不小于混响室最小尺寸的75%；
搅拌器的表面材料应为导电率高的金属材料，如铜、铝等，搅拌叶面应有足够大的面积，叶面应以不同的角度布置，使混响室内电磁波能以更加复杂的形式反射和散射；
搅拌器应具有非对称的外形结构，其旋转至任何角度时都不会使混响室内出现同样的边界条件；
搅拌器的安装位置一般在混响室靠近角落的部位，可以竖直安装；
搅拌器的数量与搅拌器的效率有关，较好的情况下一个就够了，在场均匀性达不到规定的要求时，需要增加1~2个搅拌器。

曾工 · 2023-4-23 12:47:49

谐振频率和最低工作频率
一般来说，混响室的最低使用频率要选在能产生至少60个模以上的频率，这个频率一般要高于最低谐振频率的３倍以上。混响室的尺寸、调谐器／搅拌器的效率和混响室的品质因数决定了混响室的最低可用频率。

品质因数
混响室的品质因数（Q）是一个衡量混响室性能的重要指标，混响室品质因数（Q值）与混响室储存能量的能力成正比，Q值越大，说明在一定条件下同样输入功率能够产生更大的场强值，达到混响的效果。

混响室的品质因数跟混响室大小、内部材料反射率、缝隙大小和屏蔽效能等有关，理论上应为混响室越大、腔体内部材料电反射率越大，缝隙等越小，混响室的品质因数就越高。混响室相对开阔场、全电波和半电波暗室的一个重要特点就是Q值较高，可以用较小的功率，产生较大的场强。

工作区域
混响室的工作区域有时也称为均匀场区，是指混响室内这样一个区域：在搅拌器完成一个周期的所有步位过程后，区域内任一点处的电磁场强都可以达到相同的最大场强值，也就是说这个区域内的电磁场强是统计"均匀的、各向同性"的场。一般来说，工作区域定义在至少离混响室墙壁、任一天线、调谐器或其他物体最低工作频率的 λ/4距离的空间。对于工作在100MHz以上的混响室，这个距离是0.75m，更严格的要求是至少1m，可以根据混响室的最低工作频率、校准测试数据和EUT的尺寸对工作区域进行适当选取。

场均匀性
描述混响室工作区内的场均匀性特性一般有两种形式，在搅拌器运动的各个步位对工作区域内的各个点（至少８个点）的场强值进行采集，对每个点采集到的最大值相对于平均输入功率的平方根归一化后再进行统计分析：一种表达形式是各归一化值与各归一化值平均值的偏差；另一种形式是对这些归一化值取标准偏差。为了描述各向同性的特性，每一个点所采集到的场强信息应该包含X、Y、Z 三个方向的数据。