三综合全负荷试验箱的试验安全性研究

梁琼崇，关茵，陶鑫

（1.工业和信息化部电子第五研究所，广东 广州 510610；2.哈尔滨工程大学信息与通信工程学院，黑龙江 哈尔滨 150000；3.广州中船远航船坞有限公司机电二车间，广东 广州 511462）

0 引言

三综合全负荷试验系统可以对全负荷工作状态下的雷达等受试设备进行三综合环境试验。该系统包括三综合全负荷试验箱和微波暗室两个部分，可以全面、准确地反映雷达等受试设备在高温、高湿和强震动环境下的性能，还可以发现雷达等受试设备的暂时性失效。但在实验过程中发现，泄漏的电磁波在金属制成的三综合全负荷试验箱中形成多次反射而加强，其能量足以影响雷达性能，甚至损坏雷达；过大的泄漏电磁波同时影响测试结果的准确性，所以本文就三综合全负荷试验箱中的场分布进行分析，应用电磁场分析软件（FEKO）进行模型仿真[1]，从而找到解决的方法。三综合全负荷试验箱是由一个前端开口的矩形腔体构成的，其结构如图1所示。

图1所示试验箱中的圆柱体表示受试雷达，圆柱体前端圆形区域表示抛物面天线，后端柱体为雷达主机，易受反射叠加电磁波影响的行波管就在雷达主机中。

1 三综合试验箱中的电磁场分布

使用CADFEKO建立如图2所示的三综合全负荷试验箱模型。

图2中的矩形腔体为试验箱，中部为抛物面天线，天线下端的圆柱体表示雷达主机。以试验箱的一个顶点为原点，长宽高为x、y、z建立坐标系，雷达放置在腔体中心。所需求得的就是柱体周围的场强，该试验腔体垂直z轴切面为矩形，在圆柱体四周建立4个近场待求面，由于雷达在腔体中心，所以柱体周围4个面两两对称，只需求得垂直的两个面上的场强即可得到柱体附近的场强分布。在雷达频率为1GHz的情况下，通过FEKO的计算得出待求面上各点的场强值，求得的场强值如图3所示。

雷达主机在0～300V/m的场强下可以正常工作，在300～600V/m的场强下可能会出现雷达主机失灵的情况，而在600V/m以上极有可能造成雷达的损坏，所以由计算结果可以看出在模拟的环境下极有可能造成雷达的损坏。

2 添加吸波材料后三综合试验箱中的电磁场分布

2.1 试验箱开口处添加吸波材料

三综合全负荷试验箱的结构如图1所示，在试验箱前端有一个开口，而开口的周围有金属壁阻挡电磁波的传播，所以改进方案1就是在开口处放置吸波材料，以减小窗口周围的电磁波反射。在FEKO 中建立模型， 并在 z=2.0～2.3m 处添加吸波材料，模型如图4所示。

运行FEKO可得待求面上各处的电场强度，所得结果如图5所示。

对比图3和图5可以看出，在开口处放置吸波材料起到了极其微小的吸波效果，而且没有达到雷达正常工作的场强值范围。

2.2 天线处添加吸波材料

根据电磁波传播原理[2-3]，在天线周围由于三综合全负荷试验箱体壁的反射会造成一部分的电磁场的叠加，从而影响雷达主机处的电磁场，所以方案2在雷达周围放置吸波材料。在FEKO中建立模型，由于抛物面天线的中心在z=1.0m处，所以在z=0.8～1.1m处添加吸波材料，模型如图6所示。

运行FEKO可得待求面上各处的电场强度，所得结果如图7所示。

对比图3和图7可以看出，在抛物面天线周围添加吸波材料是减小雷达主机处的场强的一种有效方法，电场强度减少了1倍多。

2.3 雷达主机处添加吸波材料

根据电磁波的传播原理[2-3]，在天线和雷达主机周围由于三综合全负荷试验箱体壁的反射会造成一部分的电磁场的叠加，从而影响雷达主机处的电磁场，所以方案3在靠近抛物面天线和雷达主机周围放置吸波材料。在FEKO中建立模型，由于雷达主机放置在z=0.1～0.75m处，抛物面天线位于z=1.0m处，所以在z=0.65～0.95m处添加吸波材料，模型如图8所示。

运行FEKO可得待求面上各处的电场强度，所得结果如图9所示。

对比图3和图9可以看出，在雷达主机和抛物面之间添加吸波材料，达到了很好的吸波效果，雷达主机处的电磁场强度基本小于300V/m。

3 结论

将3种方案中的场分布值与图3对比可知，第3种方案在雷达主机和抛物面天线之间添加吸波材料达到了最好的吸波效果，雷达主机处的场强值基本小于300V/m，上文中已经给出了雷达正常工作的场强值范围为0～300V/m，所以方案3可以达到改进三综合全负荷试验箱的目的。

[1]喻建，余志勇.基于FEKO的金属腔体屏蔽效能研究[J].现代电子技术，2010，33（2）：137-139.

[2]杨显清，赵家升，王园.电磁场与电磁波 [M].北京：国防工业出版社，2003.

[3]宋铮，张建华，黄冶.天线与电波传播 [M].西安：西安电子科技大学出版社，2003.