【封面文章】电磁混响室搅拌方式研究综述
四川大学电子信息学院
研究背景
混响室是一个电大多模、高Q值的金属腔体，由金属外壳和搅拌装置组成。各种搅拌装置的存在使得混响室的电磁环境不断发生变化，从而产生随机变化的电磁环境。最早关于电磁混响室的研究能够追溯到1976年，Corona在意大利那不勒斯海军研究学院进行的第一个混响室实验。相比于开阔场地、TEM室、电波暗室等其他电磁兼容测试设备，混响室可以提供良好屏蔽的、便宜的、简单快速和彻底的测量，这使得混响室成为目前电磁兼容领域最热门的课题之一。随着学术领域对混响室研究的深入，混响室也逐渐被纳入了各项工业标准。目前在工业界，瑞典的Bluetest公司、美国Comtest Engineering公司、ETS-Lindgren公司等都推出了用于各种测试的多种型号混响室。
本质上，混响室是一个谐振腔，各种搅拌方式的存在使其场型结构不断发生变化，从而赋予了混响室进行电磁兼容测试和模拟无线信道的能力。因此，搅拌方式是混响室的核心内容。2017年，IEEE从机械搅拌和电搅拌的角度对单一搅拌方式进行了专题报道；本文则从边界条件和激励源出发，对混响室单一搅拌方式进行了介绍，同时介绍了研究人员可能感兴趣的混合搅拌方式。
主要内容
（2）重点讨论和对比分析了内置机械搅拌器搅拌、改变腔体结构搅拌、频率搅拌、源搅拌4种搅拌方法的技术原理和优缺点。
（3）介绍了混合搅拌方式的研究进展。
图文速览
电磁混响室是进行有限空间内电磁兼容、电磁效应测试以及无线信道模拟的重要设备。搅拌方式是混响室的核心内容。本文主要从改变混响室边界条件和激励源配置的角度，对国内外混响室搅拌方式的研究历史和现状进行分类介绍，列举了一些具有代表性的实现方案，总结了各种方式的特点，最后还介绍了混合搅拌方式的研究进展。
I 改变混响室边界条件的搅拌方式
改变混响室边界条件能够显著改变腔体内有效模式的组合，从而产生统计均匀场。使用内置机械搅拌器和改变腔体形状是改变混响室边界条件的两种常用方法。内置机械搅拌器搅拌是通过在腔体内放置机械搅拌器来改变腔体边界条件的搅拌方式。内置机械搅拌器搅拌也是目前研究最多、最成熟的搅拌方式。搅拌器是内置机械搅拌混响室的核心内容，关于搅拌器的设计与优化也一直是研究的热点。搅拌器一般是由金属板或铝箔制成，其结构多种多样，几乎每个实验室中的混响室搅拌器都带有自己的设计特色。其中，Z字型搅拌器、弯板式搅拌器、不规则可重构搅拌器、旋转木马搅拌器是几种具有代表性的搅拌器。
图1 IEC 61000-4-21（2002）标准中的混响室原理图
不使用内置的机械搅拌器，而是通过改变腔体固有形状同样能够改变场结构来实现统计均匀场。源于其特殊的搅拌方式，这类混响室本身就是一种搅拌技术。其中，振动固有混响室、体育馆型混响室、振荡搅拌器、开关搅拌是几种具有代表性的搅拌技术。
图2 美国ComtestEngineering公司所搭建的振荡型混响室
改变激励源的频率、位置、数量、幅值和相位也可以使有效模式的组合发生足够明显的变化，从而对腔体内的场分布产生搅动效果以实现统计均匀场。频率搅拌和源搅拌是两种常见的改变激励源配置搅拌方式。
频率搅拌是通过控制混响室激励信号频率来改变混响室的电尺寸，从而实现对混响室内场环境的扰动（搅拌），可以大幅度减少测试时间，无需像内置机械搅拌器搅拌中需要等搅拌器旋转一周才能完成测试。
源搅拌是通过改变激励源在腔体内的位置、数量、相位、极化等来改变场结构的方式。但将单个源移动到多个位置难以实现，多种替代方法被逐渐提出，例如使用不同的天线类型、不同的发射信号等。其中，随机多天线搅拌、电抗性负载天线搅拌是两种具有代表性的搅拌方式。
图3 电抗性负载天线搅拌混响室原理图
表1 各种单一搅拌方式及其特点
图4 使用轨道角动量超表面材料的内置机械搅拌器搅拌混响室
未来展望
作者简介
赵翔, 女，教授，博士生导师，长期从事电磁环境效应和电磁兼容领域相关研究，先后主持国家自然科学青年基金项目、联合基金项目、面上基金项目、国家高技术项目、973项目子课题、预研项目、重点实验室基金项目，等等。作为第一作者或通信作者先后在国内外权威学术期刊《中国科学》、IEEE Trans. on EMC、Radio Science、Computers & Mathematics with Application、《电子学报》等上发表多篇学术论文；合作出版专著《电磁场中的逆问题及应用》；分别获得教育部科技进步二等奖、四川省科技进步二等奖和省部级科技进步三等奖各1项。