一个新的建模技术考虑近场效应。
Gwenael Dun和让Rosnarho
SIEPEL拉Trinite苏尔Mer,法国
消声室进行太空发射测量的质量可以推导出衰减之间的差异在一个开放的区域试验场地(燕麦),称为归一化场地衰减(NSA),和相同的测量在测试室(图1)。Th e ANSI C63-4 standard1授权的最大偏差+ / 4 dB。数值模拟技术可以用于评估和优化室的性能。
高频率,分析或光学方法(例如,射线追踪)足以确定的电磁行为消声室。(在这种情况下,只有吸收器的反射率和辐射模式使用的天线是必需的。)低频率,严格的天线建模技术需要考虑互耦效应。事实上,低波段性能定义了维度。
近场效应
如果每个天线的近场区域是免费的,每个可以被定义为一个等价的固定源。在3米的情况下测量低频,理论和实验方法2、3的重大影响天线测量因为排位赛商会使用的天线电大(200 MHz或双锥形天线谐振偶极子)。量化误差引起的近场效应,两种理论方法可以比较。
第一个,史密斯、德国和脑袋配方(SGP)4用来计算国家安全局在ANSI C63-4标准,使用几何方法的来源(天线)是固定的。两条路径是:直接路径和一个金属平面上的反映。在3米测量近场效应是不考虑。
第二种方法,实证Gavenda配方,2考虑了专为共振偶极近场效应。这个模型显示了一个偏差2 dB相比SGP模型(图2)。
严格的模拟使用矩量法(MoM),适当定义的线结构双锥形天线或偶极子,显示相同的结果作为Gavenda模型。
试验箱在低频的衰减预测建模需要吸收器和天线近场效应用于因素(在我们的例子中,双锥形天线在30至200 MHz的频率范围)。
电磁软件
室模拟可能会产生问题,因为具有挑战性的计算需求的建模要素不同波长和相对巨大的墓室本身。必须采取特别注意呈现模型与一个好的精确度。
进行了一项研究以确定最合适的几种建模方法(妈妈,FDTD和TLM)为这种类型的结构。这些方法提出了不同的优势在我们的模拟。经典的时域方法(TLM、FDTD)有趣的宽带研究和建模的频率依赖性吸收材料。频率(MoM)方法适合线天线的仿真。
“传输线矩阵方法(TLM)被选为模拟室,因为不像经典的时域方法,它可以很容易地定义双锥形天线和铁氧体吸收剂,见下一段。这种方法给最好的结果在CPU时间和准确性。
TLM模型
一个广泛的研究是用TLM方法模型的双锥形天线和吸收减少仿真时间的消声室和一个良好的准确性程度。
吸收器
兼容室是内衬FE30Z铁氧体吸收剂和HY45混合吸收剂(铁氧体瓷砖覆盖着金字塔匹配吸收器),根据操作频带。
铁氧体吸收剂
使用铁氧体吸收剂(图3),入射角度,附近的折射角度规范由于铁氧体的电磁参数(铁素体中的波数的模量高于10 1 GHz)。在这种情况下,折射波的铁氧体表面可以被认为是正常的。
最后一个近似,metal-backed铁氧体瓷砖的反射率可以定义一维啮合模型在铁素体的厚度。这一步将稍微改变角度依赖复杂的反射系数,但这种变化很小。
fn= n极的频率。
Δμn=渗透率极n步。
与道森的铁氧体模型5基于测量的反射率,这里提出的模型与铁氧体的电磁参数定义。考虑到频率(f)依赖铁氧体的磁导率(m),它可以被定义为一个三阶德拜模型(方程1);。6即。3的共振。
铁氧体模型的频率相关表面阻抗边界条件定义为一维TLM梯形网络的两个偏振(E场垂直与平行于空气/铁氧体接口)。这个边界条件考虑了入射角和电磁波的极化。
铁氧体瓦到200 MHz的反射率模拟需要啮合在l / 10或150毫米边界条件,而不是1毫米的古典TLM啮合。Courant-Frederich-Levy (CFL)稳定性判据征收最大时间步长乘以150倍。
最后一个参数和减少网格数量显著减少仿真时间,总误差引起的反射率低于1 dB(图4)。
匹配锥体吸收器
混合吸收剂的低carbon-loaded金字塔使其影响几乎可以忽略不计的频率范围,但是在以上1 GHz频率非常重要。锥体吸收器修改反射率主要铁氧体频率共振(~ 250 mhz)(图5)。锥体吸收器可以模拟各向异性多层modelwith频率的误差在5%以下的1 GHz。
双锥形天线
双锥形天线使用,由SIEBERSDORF (PBA 320),是专门为国家安全局的测量而设计的。3变压器设计的高度依赖性降到最低对称天线因子与一个优秀的阶段。提供的阻抗变压器的电线是稳定的频率范围和等于100Ω。与一个特定的数值治疗线结构、双锥形天线导线的倾向可以建模不过度增加网格数量比传统的时域模型。
传输参数定义的散射参数的变压器和电线在其环境的仿真结果为100Ω阻抗变压器(阻抗)来源。
这个箱的外形尺寸是9.20 x 6.60 x 6.20立方米(L x W H)。
TLM模型与实验测量提供了良好的相关性(图7)在两个偏振(尤其是在关键频率)。
结论
在这里讨论的是一种新的、高效的TLM建模技术来确定国家安全局的消声室。该方法考虑了近场效应之间的频率范围30和200 MHz。它已经被优化的计算机需求通过使用metal-backed铁氧体瓦反射率模型和线模型定义的线结构双锥形天线。
引用
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