了解用于电磁和射频测试的消声室

电子工程师

在这篇文章中，学习关于用于电磁测量和测试的消声室，特别是射频(RF)

“无回声”这个词的意思是“没有回声”。消音室指的是一个设计成墙壁、天花板和地板反射最小波浪的房间。
电子工程师使用消声室进行电磁兼容性电磁兼容(EMC)或电磁干扰电磁干扰(EMI)和射频测试。这些腔室的内壁用特殊材料处理以吸收电磁波。
还有为诸如录音等应用而设计的音频消声室，它吸收声波而不是电磁能量。
本文涉及的基础上，电磁消声室，具体如何涉及射频测试。
电磁测量: 一个共同的要求
电磁波的精确测量在广泛的应用领域是必需的。例如，当使用天线时，我们需要知道天线如何将电磁能量发送到空间(或接收时用作接收器)。这是拥有属性天线的辐射方向图，如图1所示。
图1(a)显示了由两根沿 z 轴方向的细导线构成的偶极天线。

Figure 1. Antenna model and patterns.

图1. 天线模型和图案。图片由 Cisco 提供

该图还显示了三维辐射方向图(图1(b)) ，以及理想偶极天线的主平面方向图(图1(c)和图1(d))。
天线是无线通信系统的重要组成部分，在整个系统设计中影响着许多关键决策。例如，重要的是要了解基站的辐射模式，以确定它们之间的间距。
电磁波的测量也需要在一些领域进行，例如电磁兼容性和雷达截面积导弹、飞机或其他类似武器的测试。
户外电磁波测量的挑战
一个测量天线辐射方向图的例子如图2所示。

图2. 天线辐射测量的示例装置

在这种设置中，被测天线(AUT)充当接收器。
基准天线发射已知功率。定位器将 AUT 旋转到所需位置(调整 θ 和 φ) ，测量系统记录接收到的功率。这些测量结果形成了方位/仰角平面上辐射图案的极坐标图。
这种测量可以在开放区域测试场地(OATS)中进行，但是，室外测试有一些缺点。
首先，在测试环境中存在的无关电磁波也将被 AUT 拾取，从而在我们的测量中引入误差。这些外来波可以来自多种来源，如调频无线电发射机、手机、空中交通等等。
室外电磁波的测量也很容易受到天气条件的影响，如风和雨。
另一个问题是来自地板和周围任何其他结构的反射。如上图所示，这些不需要的反射也将被宇航员拾起。
作为可靠射频屏蔽测试环境的消声室
解决我们刚才讨论的问题的一个方法是使用消声室。
消音室使用金属墙保护我们的设备不受无线电信号的干扰。为了减少不必要的反射，特殊的 RF 吸收材料，如图3所示，被用来覆盖腔室的内壁。

图3. 通过无线消音室(OTA)测试的示例

保护测试环境免受外界干扰，同时尽量减少墙壁反射的波浪，实际上模拟了在一个无限大的房间里，并且能够准确地重复测量。
消声室的大小范围从桌面围墙到典型的房间(工程师可以在这里走进工作) ，再到像飞机机库一样大的空间(图4)。

图4. 一个大型消音室的例子

大型消声室往往要花费一大笔钱。一个足以在 AUT 和发射天线之间提供10米物理距离的消音室可以花费高达200万美元。
用于电波暗室的射频吸收材料
消声室的内表面通常覆盖着填充导电碳的泡沫金字塔。金字塔的锥形结构使无线电波从空中过渡到金字塔中使用的损耗碳，并使波的反射最小。
射频吸收器应该吸收所有的入射电磁能量，并将其转化为热量。
然而，在实践中，部分事件射频电源不可避免地会反射到室壁上。反射波通常约为入射波的0.1% 至1% ，相当于 -30至 -20分贝的衰减。
新一代的宽带吸收器可以为正常微波频率的入射提供优于 -60分贝的反射系数。
泡沫金字塔吸收高频电磁波，而低频通常由铁氧体磁砖来处理，铁氧体磁砖是腔体中最昂贵的部件之一。
用于不同类型测量的不同消声室
如前所述，消声室用于各种测量，例如:

天线方向图测量

辐射发射测试

辐射抗扰度试验

无线发射器(RF)测试

雷达截面积测量

每种类型的申请可能需要不同的房间。
例如，对于发射器/接收器测试，我们可能有兴趣去除所有表面的反射，包括腔室的地板，以模拟一个没有多路径工件的环境。在这种情况下，我们需要一个完全消声室(FAR)的所有表面覆盖射频吸收材料。
然而，在几乎所有的辐射和传导发射测试标准中描述的首选测试设备，包括 ANSI C63.4和 CISPR 16，是半消声室(SAC)。
当 SAC 的墙壁和天花板被射频吸收材料覆盖时，地板是由金属反射地平面制成的。
在许多 EMC 标准中使用 SAC 的一个主要原因是反射场更接近真实世界的情况。实际上，被测设备发出的电磁能量会从地面反射到附近的设备上。
商会的选择也可以受到类型的标准，您使用的测量。
例如，在汽车电磁兼容测试中，所采用的电磁兼容标准会影响测试范围的大小和/或消声吸收体的位置。每个标准都有自己的要求，工程师需要确保所雇用的腔室符合有关标准。

北山独狼 · 2022-4-30 16:45:14

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