三綜合全負荷試驗箱的試驗安全性研究

梁瓊崇，關茵，陶鑫

（1.工業和信息化部電子第五研究所，廣東 廣州 510610；2.哈爾濱工程大學信息與通信工程學院，黑龍江 哈爾濱 150000；3.廣州中船遠航船塢有限公司機電二車間，廣東 廣州 511462）

0 引言

三綜合全負荷試驗系統可以對全負荷工作狀態下的雷達等受試設備進行三綜合環境試驗。該系統包括三綜合全負荷試驗箱和微波暗室兩個部分，可以全面、準確地反映雷達等受試設備在高溫、高濕和強震動環境下的性能，還可以發現雷達等受試設備的暫時性失效。但在實驗過程中發現，泄漏的電磁波在金屬制成的三綜合全負荷試驗箱中形成多次反射而加強，其能量足以影響雷達性能，甚至損壞雷達；過大的泄漏電磁波同時影響測試結果的準確性，所以本文就三綜合全負荷試驗箱中的場分布進行分析，應用電磁場分析軟件（FEKO）進行模型仿真[1]，從而找到解決的方法。三綜合全負荷試驗箱是由一個前端開口的矩形腔體構成的，其結構如圖1所示。

圖1所示試驗箱中的圓柱體表示受試雷達，圓柱體前端圓形區域表示拋物面天線，后端柱體為雷達主機，易受反射疊加電磁波影響的行波管就在雷達主機中。

1 三綜合試驗箱中的電磁場分布

使用CADFEKO建立如圖2所示的三綜合全負荷試驗箱模型。

圖2中的矩形腔體為試驗箱，中部為拋物面天線，天線下端的圓柱體表示雷達主機。以試驗箱的一個頂點為原點，長寬高為x、y、z建立坐標系，雷達放置在腔體中心。所需求得的就是柱體周圍的場強，該試驗腔體垂直z軸切面為矩形，在圓柱體四周建立4個近場待求面，由于雷達在腔體中心，所以柱體周圍4個面兩兩對稱，只需求得垂直的兩個面上的場強即可得到柱體附近的場強分布。在雷達頻率為1GHz的情況下，通過FEKO的計算得出待求面上各點的場強值，求得的場強值如圖3所示。

雷達主機在0～300V/m的場強下可以正常工作，在300～600V/m的場強下可能會出現雷達主機失靈的情況，而在600V/m以上極有可能造成雷達的損壞，所以由計算結果可以看出在模擬的環境下極有可能造成雷達的損壞。

2 添加吸波材料后三綜合試驗箱中的電磁場分布

2.1 試驗箱開口處添加吸波材料

三綜合全負荷試驗箱的結構如圖1所示，在試驗箱前端有一個開口，而開口的周圍有金屬壁阻擋電磁波的傳播，所以改進方案1就是在開口處放置吸波材料，以減小窗口周圍的電磁波反射。在FEKO 中建立模型， 并在 z=2.0～2.3m 處添加吸波材料，模型如圖4所示。

運行FEKO可得待求面上各處的電場強度，所得結果如圖5所示。

對比圖3和圖5可以看出，在開口處放置吸波材料起到了極其微小的吸波效果，而且沒有達到雷達正常工作的場強值范圍。

2.2 天線處添加吸波材料

根據電磁波傳播原理[2-3]，在天線周圍由于三綜合全負荷試驗箱體壁的反射會造成一部分的電磁場的疊加，從而影響雷達主機處的電磁場，所以方案2在雷達周圍放置吸波材料。在FEKO中建立模型，由于拋物面天線的中心在z=1.0m處，所以在z=0.8～1.1m處添加吸波材料，模型如圖6所示。

運行FEKO可得待求面上各處的電場強度，所得結果如圖7所示。

對比圖3和圖7可以看出，在拋物面天線周圍添加吸波材料是減小雷達主機處的場強的一種有效方法，電場強度減少了1倍多。

2.3 雷達主機處添加吸波材料

根據電磁波的傳播原理[2-3]，在天線和雷達主機周圍由于三綜合全負荷試驗箱體壁的反射會造成一部分的電磁場的疊加，從而影響雷達主機處的電磁場，所以方案3在靠近拋物面天線和雷達主機周圍放置吸波材料。在FEKO中建立模型，由于雷達主機放置在z=0.1～0.75m處，拋物面天線位于z=1.0m處，所以在z=0.65～0.95m處添加吸波材料，模型如圖8所示。

運行FEKO可得待求面上各處的電場強度，所得結果如圖9所示。

對比圖3和圖9可以看出，在雷達主機和拋物面之間添加吸波材料，達到了很好的吸波效果，雷達主機處的電磁場強度基本小于300V/m。

3 結論

將3種方案中的場分布值與圖3對比可知，第3種方案在雷達主機和拋物面天線之間添加吸波材料達到了最好的吸波效果，雷達主機處的場強值基本小于300V/m，上文中已經給出了雷達正常工作的場強值范圍為0～300V/m，所以方案3可以達到改進三綜合全負荷試驗箱的目的。

[1]喻建，余志勇.基于FEKO的金屬腔體屏蔽效能研究[J].現代電子技術，2010，33（2）：137-139.

[2]楊顯清，趙家升，王園.電磁場與電磁波 [M].北京：國防工業出版社，2003.

[3]宋錚，張建華，黃冶.天線與電波傳播 [M].西安：西安電子科技大學出版社，2003.