大型微波暗室設計方法及施工工藝研究

姚建軍，楊杰

（中國航空規劃設計研究總院有限公司，北京 100120）

微波暗室內部六面均采用全金屬材料制作的封閉立方區域，由于外界電磁波無法穿過，同時內部電磁波也無法輻射出去，暗室構建了能夠屏蔽外界電磁干擾、抑制內部電磁多路徑反射干擾、對來波能夠幾乎全部吸收的相對寂靜的電磁測量環境。微波暗室內可通過遠場和近場測量軟硬件系統，精確測量雷達、通信設備的天線參數和各種飛行目標電磁散射特性等。微波暗室對于開展微波應用技術研究和提高科研水平具有重要作用。

隨著我國相關技術的快速發展，微波暗室的尺寸逐步增大，暗室的設計及施工難度越來越大。因此，本文將結合大型微波暗室項目，對其設計、施工質量和施工工藝等重要工藝進行研究，以提高大型微波暗室性能、生產效率、經濟效益。

1 微波暗室介紹

1.1 微波暗室的分類

按測試功能劃分，微波暗室分為天線遠場實驗室、天線近場實驗室、RCS 遠場實驗室、RCS 近場實驗室、EMC 實驗室、電磁系統的兼容實驗室（如天線的收發隔離）以及武器裝備功能實驗設施；按形狀劃分微波暗室為矩形暗室、錐形暗室、緊縮場暗室、雙喇叭暗室等。

1.2 微波暗室的組成

微波暗室項目工程設計方案主要包括屏蔽殼體、吸波材料、配套設施，具體如下。

屏蔽殼體：包含屏蔽殼體、電纜溝及各設備基礎的屏蔽和屏蔽門。

吸波材料：包括材料性能參數選擇、布局設計及鏈路計算等，并對屏蔽門、轉臺及拐角等特殊區域處理方式進行論述。

配套設施：包括通風系統（含波導窗）、溫度控制系統、消防系統、配電和照明系統（含濾波器、波導管等電源或信號傳輸設備）、視頻監控系統、信號轉接裝置、屏蔽接地系統、控制間等。

本文主要針對屏蔽殼體、吸波材料的設計與施工重點進行研究。

2 大型微波暗室的設計與施工工藝

2.1 屏蔽殼體

微波暗室功能較多，各類暗室特點各異，功能概念設計階段需要根據具體測試要求做充分的論證，從而對殼體的外形（包括大致尺寸、形狀等）提出合理的方案。

（1）殼體尺寸設計。根據天線的輻射特性，天線周圍空間可分為不同的3 個區域，分別為感應場區（0 ≤r ≤λ/2π）、輻射進場區（λ/2π ≤r ≤max（2D2／λ））、輻射遠場區（r ≥max（2D2／λ））。微波暗室設計時，首先，需要考慮輻射近遠場區條件，本文主要研究遠場測試的大型微波暗室，暗室以封閉矩形暗室為例（如圖1 所示），簡化后的計算方式為：Dt＝2D2／λ（或特殊情況下可為D2／λ），寬（W）≥0.8×Dt，高（H）＝0.8W ～1W，長（L）≥W／2＋Dt ＋L1+L2（L1、L2 為喇叭及被測物距墻壁的距離，需根據實際需要分析）。

圖1 暗室設計射線關系圖

此外，錐形暗室也常用于大型微波暗室的遠場測試，與矩形暗室相比，錐形暗室更適用于低頻測試，但應用范圍相對較窄，暗室工作頻率等指標必須與暗室功能相結合，進行綜合考慮。

（2）殼體結構與施工工藝要求。殼體結構屏蔽體包括組裝式殼體和焊接式殼體，其中組裝式殼體由屏蔽板用螺釘、壓條（襯墊）相互組成，安裝簡單，可裝可拆，但屏蔽效能不可能很高；焊接式殼體又稱固定式屏蔽暗室，由屏蔽板體焊接成一體，不易拆裝，這類暗室殼體穩定，承載力大，特別適合超高超寬的大跨度屏蔽體，且屏蔽效能遠高于組裝式殼體暗室。焊接式殼體從受力方面分為獨立或依附式結構形式，其中大型微波暗室受廠房尺寸限制、殼體變形等限制，多采用依附式結構，屏蔽殼體主結構采用焊接等方式將暗室墻體完全依托于殼體外部的土建鋼柱及鋼梁框架，頂部通過吊點與外部建筑結構連接，將頂部荷載傳遞到土建頂部，墻、頂龍骨采用矩形鋼管形成正方形網格，作為梁柱結構側向支撐，提高了暗室整體穩定性和抗震性能。因此，宜采用廠房主體與殼體主龍骨一體化設計形式。

屏蔽層材料采用冷軋低碳鋼板等材料，暗室底面一般采用3mm冷軋鋼板（指標要求不高時也可采用鋼絲網），側面和頂面一般采用2mm 厚的冷軋鋼板，以能夠滿足屏蔽體的屏蔽效能在不同頻段范圍的指標要求；為了提高現場施工效率，屏蔽殼體的鋼柱/梁、屋面圈梁及屋面梁等可在工廠內制作，鋼板則須在工廠完成拉平、加工等。為保證殼體內表面平整，施工要求σ ≤±3mm/㎡，側墻對角線差≤20mm，垂直度誤差≤10mm。屏蔽殼體焊接時，先進行除銹處理，再采用斷續焊接法，由工人現場調平、測量，在鋼板平整度滿足要求的情況下完成滿焊，并對焊縫進行打磨和防銹防腐處理。

同時，為了確保屏蔽性能，需對施工尺寸、用料及工藝等按照國家標準、規范，結合技術指標要求進行屏蔽過程檢測，主要包括以下內容。

屏蔽主體結構拼接完成后，將屏蔽殼體劃分出檢漏區域，對屏蔽門、濾波器、波導窗等重點設備用檢漏儀進行檢測，并對拼接縫進行100%的檢查，檢測不合格處，應進行調整，再經檢漏儀檢測，直至檢漏合格為止。

屏蔽鋼板間采用標準連續焊縫，焊后涂煤油檢驗，不得泄漏。

屏蔽門：屏蔽門的結構形式，根據門洞的大小和運輸情況、屏蔽效能指標和建設場地環境情況，在閘刀型、雙閘刀型、階梯雙閘刀型、梯形、復合型和平壓型中合理選擇。普通屏蔽門宜選用閘刀型，大開度、大尺寸屏蔽門宜選用平壓型。門扇的運動方式視電磁屏蔽室的大小和場地空間尺寸確定，可選平開、左右移動、上下移動、前后移動以及復合運動等方式。

2.2 吸波材料

（1）吸波材料設計與選型。吸波材料是專門用于吸收入射電磁波能量的材料，通常吸波材料在暗室內壁五個壁粘貼吸波材料，在地面放置可以靈活移動的吸波體，如此使入射到暗室六壁大部分電磁波能量被吸收，反射極小。吸波材料型材主要包括角錐型吸波材料、平板型吸波材料、地板型吸波材料、棱邊拐角吸波材料；材料主要包括聚氧酯泡沫型、無紡布難燃型和硅酸鹽板金屬膜組裝型。

吸波材料選擇時，需重視以下方面。

后墻為電波波束主要能量的照射區域，是靜區后沿相鄰最近的強干擾源，端墻上吸波材料的反射電平應優于靜區所需的反射電平，因此，后墻采用反射性能最好的結構，如長度較高的角錐結構。

前墻、側墻、地面和頂部對靜區的影響相對較小，因此，在吸波材料的選取的時候，一般為主要反射面材料高度的1/2 ～2/3 之間。

屏蔽門、照明燈具、波導窗、監控設備需考慮安裝吸波材料，吸波體的高度和待吸收的電磁頻率成反比，需要吸收的電磁波頻率越低，吸波體的長度越高，所以暗室的電磁波頻率不能太低，太低了吸波體的高度將過高。

（2）吸波材料安裝工藝。吸波材料安裝時，可采用膠裝方式、膠裝與掛裝結合的方式，大型微波暗室多采用膠裝方式，流程如圖2 所示。吸波材料安裝遵循先頂面、再立面、后地面的原則，邊安裝邊調整，保證吸波材料底座間距不大于2mm，保障錐尖矩陣規范性，同時施工時需要注意，以下內容。

圖2 吸波材料安裝流程

腳手架由專業架子工搭建，所用鋼管等配件要提前清理干凈，不得有鐵銹、水泥、沙土等可掉落物。

腳手架邊緣與墻體距離=吸波材料長度+30cm 施工空間。

腳手架頂與頂面墻體距離為1.9m（或2.6m），滿足人員施工空間。

以建筑物水平線向上，按照吸波材料底座高度向上放線；每隔3 ～5m 進行一次校準，消除累積誤差。

3 結語

本文以大型微波暗室為研究對象，對其設計、施工質量和施工工藝等進行研究，提出了優化微波暗室設計、提高微波暗室施工質量和工藝的關鍵點。