混响室发射天线位置优化仿真及实验

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1、万方数据第23卷第8期强激光与粒子束V。1．23，N。．82011年8月HIGHPOWERI。ASERANDPARTICLEBEAMSAug．，2011===；==================================================================；==========；文章编号：100卜4322(2011)08—2130～05混响室发射天线位置优化仿真及实验’崔耀中，魏光辉，范丽思，刘小强，潘晓东，陈亚洲(军械工程学院强电磁场环境模拟与防护技术国防科技重点实验室，石家庄050003)摘要：为提高混响室测试区域的

2、场均匀性，在分析发射天线影响场均匀性原理基础上，采用基于矩量法的电磁仿真软件FEKo对混响室仿真模型进行数值计算。通过与遗传算法相结合研究了混响室发射天线的位置对测试区域场均匀性的影响。得到了优化后发射天线位置及相应的表征混响室测试区域场均匀性的电场标准偏差值。优化后。测试区域场均匀性较优化前有所改善，并通过实验验证了该优化仿真方法的正确性。关键词：混响室；发射天线；遗传算法；矩量法；场均匀性中图分类号：TN011；0441文献标志码：Adoi：10．3788／HPLPB20112308．2130混响室是一种能在屏蔽腔体内产生空间统计均匀、各向同性、随机极

3、化电磁环境的模拟设备口屯]，因其在造价、强场模拟、整机测试等方面的显著优势，逐渐成为当前电磁兼容领域研究的热点[3巧]。混响室内电磁场的均匀性是评价其性能的决定性指标，国内外学者对此也进行了大量的相关研究，如改变搅拌器的设计来提高混响室场均匀性等m川。但这些因素的改变通常是根据工程技术人员经验，并没有达到最优解，且工程应用价值受限。另一方面，之前混响室性能方面的研究多集中于改变混响室边界条件，即改变混响室内模式分布来改善场均匀性，而发射天线作为混响室内激励源，其位置决定了各模式前的加权系数，因此发射天线位置同样影响场均匀性。本文介绍了发射天线位置影响场均匀

4、性原理，采用基于矩量法的电磁仿真软件FEK()对混响室仿真模型进行数值计算，并结合遗传算法对混响室发射天线位置进行优化，得到了优化后发射天线位置及相应的表征混响室场均匀性的电场标准偏差值，并通过实验进行验证。1发射天线位置影响场均匀性原理根据Maxwell方程和本构关系可推得混响室内电磁场分布公式为‘胡E=∑(c肼砷A毒，+c册pB爸，+f删ca。)(1)研·n·口式中：A，B，C为有源谐振腔的电磁场分布解析本征解；掰，”，户为。或正整数；c。。，，f，。，，c。。，为各模式的加权系数‰砷2砑订E7了C2，==———————————————————————

5、——一呦咿47c2(尸一尼p)可岛Ⅲj掣．，，A出dy如可涪Ⅲj哔．，，A出dydz(2)(3)‰p2砑亭，_丽赢JJJj掣J=A捌y如“)。”砷47c2(严一色。)LwHJJJ．。“俨。”⋯。。一⋯式中：c为光速；．厂为混响室工作频率；厶，为混响室谐振频率；L，W，H分别为混响室长、宽、高；J，，．，，，．厂：分别为混响室激励电流在z，3，，z方向的分量。由式(1)～(4)可以看出，影响混响室电场分布有3个方面因素：混响室形状尺寸、混响室工作频率、激励源位置及电流的幅值和相位。因此改变发射天线即激励源位置，其实是改变混响室内各模式的加权系数c一，，c，，

6、和c。。，，从而改变混响室内场分布。优化发射天线位置，其本质是通过优化各模式的加权系数从而得到各模式最佳的叠加效果，提高场均匀性。2仿真计算2．1建立混响室仿真模型以实验室现有的混响室为依据，建立l；1混响室仿真模型，其内部结构如图1所示。其中矩形屏蔽腔体*收稿日期：2011—04—18l修订日期：2011一06—06基金项目：国防科技重点实验室基金项目(9】40C87030310JB3402)；国家自然科学基金项且(51077132)作者简介：崔耀中(1986一)。男．博士研究生。主要从事电磁环境模拟与测试技术研究；cuiyaozhongcui@163．

7、com。万方数据第8期崔耀中等：混响室发射天线位置优化仿真及实验2131尺寸为10．5m(L)×8m(w)×4．3m(H)，其3维尺寸都非整数且不成简单比例，这样可以避免简并模式存在。根据谐振腔理论o]，其谐振频率／o为‰一号√(罟)‘+(帚)。+(番)。cs，由式(5)可知，此屏蔽腔体最低谐振频率，-to为23．6MHz。为满足混响室场均匀性要求，最低工作频率一般取最低谐振频率的3倍，即其工作频率应大于70．7MHz，本文选择工作频率80MHz进行研究。腔体材料选择镀锌钢板，其电导率与相对磁导率之比口／m为4．4×106s-m_。。I簟掣鳊卜““藏“㈣l

8、L_L邋(a)acmalc胁ber(b)sImuI缸lonmode