文摘
本文提出混响室结构组成的新的反射镜和模式搅拌器电磁兼容性和无线终端测量。关键设计考虑的是通过一种合理的方法来分析混响室的固有模式和标准偏差的工作容积基于3 d仿真。最后设计预计将提高标准差混响室的初始结构的性能,并提供一个更好的模式激动人心的环境。结果以制造商会证明这些预测显然是意识到。结果满足本文的主要需求,定义在考虑商业混响室的规格的产品。因此,本文的混响室将用于商业无线终端的性能测量和评价。来验证这种逻辑的方法来获得一个好的设计和它的结果,测量结果在实际混响室制作的描述分析和计算的结果。
1。介绍
不像前几代,5 g网络的特征是提供创新服务,而不是技术进步(1]。ITU-R提出服务场景等5 g的增强现实(AR),自动驾驶汽车,和智能城市摄像头,它被定义为以下三个核心的组合场景:增强移动宽带(eMBB)、超高可靠和低延迟通信(URLLC),和巨大的机器类型通信(mMTC) [2]。创新服务非常具有挑战性的要求强加于5 g网络,如更高的数据率和减少延迟100倍1000倍,会见一个单一的技术是不可能的。因此,各种各样的设备配备合适的技术为每个服务将包括5 g网络。为各种各样的设备,提供一个测量仪器如消声室(AC)或混响室(RC)的一个重要问题来降低资本和运营开支(CAPEX和OPEX)。
交流被认为是唯一的方法来测量5 g设备。然而,克服缺点的交流以及考虑到真正的交流环境,最近RC吸引了巨大的关注。钢筋混凝土是一种重要的替代测量仪器的测量和应用小天线无线和移动终端和输出到MIMO的现实评估设备目前的4 g标准以下,众所周知的IEC 61000-4-21标准(3- - - - - -5]。它可以用于获得各种指标等传统天线和设备效率之间,相关性,总辐射功率(TRP)和总各向同性敏感性(TIS)精度高,测量时间短。目前,这种钢筋混凝土技术的广泛使用提供了各种方法来支持测试5 g设备的关键性能指标。然而,实现这一目标需要钢筋混凝土的设计有更严格的场均匀性性能比标准的,针对的是电磁兼容(EMC),而不是5 g服务。这是因为,在毫米波段的频率越高,将使大量增加的一个关键组件的可用带宽和高数据率,测量不确定性可能产生深远影响的实际绩效评估5 g设备。因此,更严格的RC必须定义用户需求,和需要一个合理的设计方法来实现。
最重要的考虑预期的测量任务和应用程序在这些领域是设计一个RC适当地满足用户的需求。标准提供可接受的钢筋混凝土性能要求和基本原则为钢筋混凝土设计来满足这些需求。的确,没有指标客观地评价钢筋混凝土性能超出了需求建模的标准为钢筋混凝土结构。同时,即使一个RC设计比需求提出了更严格的标准,这并不证明它可以实现更高的性能相比其他RCs。换句话说,比较不同的RCs的性能,包括他们的物理参数,理论上可以非常困难,没有标准化的格式或指导如何进行RC建模来实现更好的性能。
在这方面,可以说,设计性能优良的RC结构几乎是不可能的,没有一个初始参考。基于初始结构,满足基本的标准指南,RC应遵循的具体设计一个合理的结构设计过程来修改它,直到用户的需求得到满足。这个初始结构和逻辑的推导过程的改善依赖于已知的经验法则或未知的经验法则(6,7]。众所周知,基于数值方法的确定性方法准确建模一个RC包括模式搅拌器为所需的钢筋混凝土性能(8]。基于这种方法的经验和规则,钢筋混凝土设计方法基于3 d电磁波(EM)模拟提供了有价值的洞察一个钢筋混凝土的物理工作原理;允许几何参数的设计行为,如模式搅拌器的大小,形状,和位置确定;最后,缩短开发时间,直到RC满足所有用户的需求(9]。我们可以参考其他RC结构中引入其他论文与本研究目的不同,其中包括几种类型的模式搅拌器(10- - - - - -12]。
提出了一种新的钢筋混凝土结构为EMC和无线设备测量。正如上面提到的,已经建立了一个钢筋混凝土的要求及其初始结构已经决定通过引用和经验法则。基于初始结构,一种合理的方法使用场均匀性和固有模式分析RC导致最后一个结构,满足需求和显示改进的性能相比,最初的一个。本文的另一个目的是表明这种方法优越的设计将会改善以前的结果,比较与当前理论结果相对较好。核实最终结构的性能,提出了构建原型的实验结果和仿真结果。
2。混响室要求
考虑IEC 61000-4-21标准的要求,RC在这个开发工作的需求如表所示1。在移动通信频率测量和EMC测量1 GHz以上,开始操作RC设置为650 MHz的频率(13,14]。RC有内在维度的1.4米×1.95米×1.85米(长度l×宽W×高度H基于矢车菊的大小RTS60模型,在外部尺寸为1.4米×1.94米×2米(15]。
钢筋混凝土的工作容积可以位于距离大于λ从墙上/ 4、模式搅拌器和反射镜在RC (3),λ是开始工作频率的波长的RC。如果他们选择的距离λ/ 4,工作容积的最大大小。如果要求场均匀性满足,工作容积越大,可用性就越好。然而,在设计一个钢筋混凝土的过程后,以满足用户的需求定义的过程介绍了,可以有风险,搅拌器或反射器结构模式满足现场一致性条件可能不是派生时定义的最大有效容积。此外,也有缺点,它可以需要很长时间才能找到结构。因此,工作容积应设置适当考虑测试设备的大小(DUT)以及位置和距离模式搅拌器和反射镜。
为此,商业RCs(其总体规模和工作容积尺寸发表)进行调查,并分析了它们之间的比例。这不是基于理论的理由,但是只有找出比例的平均水平的情况下设计的。对于Siepel模型、EOLE80 EOLE200, EOLE400,和EOLE1000模型,比例约10%,17%,19%,和16%,分别为(16]。在这种情况下,字段统一规范应用3 dB。考虑这些数据和本研究的标准偏差的要求,将大约15%的比例,确定相应的工作容积尺寸为0.835米×0.951米×0.954米(长度×宽×高度),如表所示1。总体标准差,IEC 61000-4-21标准的一致性要求,是3分贝,但在这项研究中被设置为一个更严格的价值为2.5 dB。
模式的数量计算大约高于截止在理想的空腔是由 在哪里赫兹的频率是米每秒的真空光速(17]。总体规模的RC在表1,模态数据出现在腔的频率如图1。“60到100模式”规则表明最低可用频率(LUF)存在于大约338兆赫到400兆赫的范围(3,18]。650 MHz,这项工作的目的,更多的模式生成比理论LUF,被认为是RC的开始工作频率,也就是说,实际的LUF。因此,钢筋混凝土的性能被认为是在开发过程中从650 MHz和验证。
3所示。混响室设计和仿真
3.1。混响室的基本原型
的基本原型RC反映尺寸表要求1如图2。组成的一个矩形腔两种模式搅拌器,在此称为搅拌器1和搅拌器2。搅拌器1是垂直于室的底部,由四个矩形平面宽度()0.46米,高度(0.46米),对应于一个波长的大小的工作频率650 MHz。之间的不对称放置所有的飞机,这些飞机旋转45°左右旋转坐标轴的方向 , , ,和 在每个中心为了从飞机上最近的底部。
搅拌器2室的底部水平,由四个矩形平面。考虑到运行在更高的频率和搅拌器1的不对称,每个面都有一个宽度()0.4米,高度(0.4米),略小于一个波长。同样,这些飞机也被旋转25°左右转动轴与相同的向量方向的搅拌器1在每个中心的顺序从下飞机前视图的图2。中定义的工作容积表1位于0.157从搅拌器搅拌器1和0.12 m 2。这些都是间隔的距离大于0.115米,这是四分之一波长的工作频率650 MHz (3]。同样,分离距离钢筋混凝土墙,用 , , ,和 ,决心是超过四分之一波长和满足的工作容积要求表吗1。图中所示的所有参数的值2如表所示2。
调查领域的水平均匀性的基本原型中描述介绍,商业软件FEKO仿真内核,这是基于频域矩量法(MOM),使用的是(19]。因为它提供了易于建模大型3 d结构,如一个RC、以及它的数值精度,为本研究选择。的算法和软件的可用性可以通过发表的一些研究报告证实,用它们在分析RCs (8- - - - - -10),尽管这些研究可能有目的不同于目前的研究。
的模拟材料在封闭的结构,相对介电常数的自由空间条件 和相对磁导率 频率被认为是独立的,是使用。锌板的钢筋混凝土墙和模式搅拌器的铝盘的厚度0.002米,的值 和 分别使用。这些值也被认为是独立的频率。使用的处理器和内存模拟是一个英特尔(R)至强(R)的CPU e5 - 2699 v4和256 GB的内存(RAM),分别。
模拟进行总共九25兆赫频率间隔从650兆赫到850兆赫。原因是850 MHz以上,所生成的网格大小的RC需要更多的计算资源。一个对数周期偶极子阵列(对数)天线作为发射天线的模拟。它由18个偶极子元素,实现了通过传输线阻抗匹配网络。在每个频率计算,总共二十模拟进行搅拌器旋转每隔18°。然后,标准差代表的字段一致RC后处理后计算根据IEC 61000-4-21标准收集电场数据从二十模拟。
结果如图所示3。这些结果表明,钢筋混凝土的基本原型,它反映了物理需求表1展品,标准偏差小于3 dB最多的特征频率。这些模拟并不打算计算准确的标准偏差值,而是调查的趋势变化和近似水平感兴趣的频段。在实际测量中,预期,较低的标准差可以因为混响效果获得不断发生,而定期搅拌器旋转。基本结构的基础上,接下来的部分描述其性能改进过程和相应的结果满足性能需求表1。
3.2。混响室中反射的影响
场均匀性的方法来改善一个RC大致可以分为两个主要方面。其中之一是实现适当的反射器,有效地利用钢筋混凝土墙壁上的空的空间。另一种是设计高效模式搅拌器。这部分描述了前者的结果。如图2搅拌器,由于模式和工作容积,墙的空间是有限的可用空间在墙上形成边缘在搅拌器1在前视图和天花板之间的空间搅拌器1和搅拌器2在前面的视图。
反射器结构及其应用于这些空间如图位置4。1型反射器的结构来自锥体的形状吸收器在一个典型的消声室。考虑多个反射镜和空间所需的空间将发射天线,反射器1型尺寸0.324米×0.36米×0.324米。此外,他们最后的位置是通过参数分析研究领域根据这些数字一致。
图5显示了标准偏差的变化根据1型反射器的数量。这些结果的计算是通过把他们从左侧壁的底部到顶部,在后墙中间,在搅拌器1和2之间的空间在天花板上没有2型反射图4。模拟,各种数字的1型反射镜位于RC,是八个,两个,六个,分别共有16个模拟结果。数字右上角的图在图5显示1型反射镜应用的数量。
(一)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
(g)
(h)
结果表明,当六1型反射镜位于左边的墙,如图5 (c)获得一个可以接受的标准偏差在感兴趣的频段。这里,当1型反射器的数量是固定到六,标准差是根据的数量重新计算反射镜放置在后面的墙壁和天花板。结果发现类似的或比获得六1型反射镜。因此,可以说,1型反射器的数量应该在考虑六个方便,在钢筋混凝土的制造成本。反射器的最终设计参数值见表13。
将反射镜2图所示4后墙的RC使壁不均匀的一部分;因此,我们可以预计,一代的混合模式,有助于使钢筋混凝土中均匀分布。这个预期是基于声学理论,一个房间的声学质量可以提高利用散射元素(20.]。然而,反射器2在本文提出的结构,也不同于散射元素,被选为一个薄板与室壁薄气隙(板和墙之间的)。
如上所述,标准偏差分析方法评估工作容积的场均匀性非常直观,但它并没有提供一个有价值的洞察物理原则由结构的变化引起的,包括模式搅拌器内一个RC。此外,该方法需要大量的计算时间、计算资源和复杂的后处理。从这个角度来看,固有模式分析是非常有效的设计模式搅拌器或反射镜在一个RC。根据这种技术,设计与本征频率变化的最大数量是最优选择,设计师可以快速而方便地评价设计。这是确认在21],它指出,模式搅拌器的有效性在于它能够学的转变。
应该注意的是,很难定量定义本征频率变化之间的相关性和标准差的一致性。因此,本征频率和标准偏差应该分析基于参考结构,例如,如图2,获得均匀,能够满足用户的需求。本征频率变化()是由 在哪里和是学的空腔和一个RC中每个后续的设计包括腔,分别。根据(2在这一节中介绍),所有设计评估在相同条件下,相对性能是比较。计算学的实际总量和钢筋混凝土的内部结构如图2和4利用CST微波工作室(22]。材料填充RC空气(自由空间),以及数值分析边界条件在其所有的墙壁都是选择 。
学的计算根据2型反射器的数量,它们的宽度()和空间()选择如表所示4。其他参数表中所示的相同2和3。这是调查学的变化在一个RC根据粗糙度的程度。计算结果如图所示6。不一致的变化的相关性可以在三对结果当2型反射器的数量是4和5,8和9,11和21。同样,三双的结果当2型反射器的数量是5和8日8 - 11日和12日和21不显示任何变化的线性关系 。不过,可以看出,本征频率的变化量较大的条件下,2型反射器的数量很小,它们的宽度。尤其应该注意的是,宽度对应于约λ/ 4的工作频率。从这些结果,学了几个维度和少数2型反射镜应用时,也就是说,当2或3反射镜应用。这些条件如表所示5。
(一)
(b)
(c)
(d)
计算结果如图6 (b)和6 (c)表明的条件= 0.461米,= 0.22 m可以提供一个更好的环境比其他条件的模式钢筋混凝土的搅拌性能。特别是,这个条件的宽度对应于大约一个波长(λ)给出了一个改进的性能λ/ 2和3λ/ 2的条件= 0.24米,= 0.7 m图6(一),分别。图6 (d)表明2型反射镜和一个气隙图所示4比2型反射镜没有气隙在大多数模态数量以及低的和提供的证据表明,反射器的形状2与上面描述的维度可以创建一个更好的模式激动人心的环境比只有反射器1。
3.3。模式搅拌器设计和钢筋混凝土的最终设计结果
在RC如图2和4,我们可以推断,是有限度的搅拌器设计模式来提高搅拌方式的性能。首先,额外模式搅拌器的构建方法很难实现空间因为已经定义的工作容积和发射天线。此外,它不是有效的生产成本,因为一个单独的电机旋转搅拌器必须引进模式。另一种方法是直接修改搅拌器的结构1和2。这可能增加的电长度的影响搅拌器板通过搅拌器的每个方形板不对称不规则。然而,一开始RC在本文中定义的工作频率650 MHz,远远大于理论LUF,节中描述2和性能改进频率低于超出了感兴趣的范围。即使仍有改进的空间超出了开始工作频率,易于制造和成本应考虑在现实中对于更复杂的结构。还应该指出的是,场均匀性性能在650 MHz的结果数字6的图5显示了一个级别,几乎满足要求。因此,一个相对简单的方法是采用。
图7显示了最终的RC结构与新搅拌器1和2组成的双板。在搅拌器1的情况下,新添加的板块位于每一对。在搅拌器2的情况下,新板块位于接近前线,包括门,每一对。添加板块有相同的大小与原板,和他们定期用和方向垂直于这个平面的中心从原始的。根据间隔,本征频率的性能变化和 ,研究如图8。两图一致表明,间距越小的板块,每一个搅拌器,和 ,本征频率发生变化就越好。此外,它已被证实的条件== 0.03米,最小尺寸,便于制造,必须选择通过计算总量的16所示的尺寸参数条件图的传说。
(一)
(b)
最终设计的本征频率变化如图7如图9和上一步的结果。新搅拌器的明显效果后可以看到十模式数量。也可以证实,钢筋混凝土组成的反射镜和新搅拌器可以提供一个更好的环境模式的搅拌性能。提出了钢筋混凝土设计,许多参数没有被分析。几乎是不可能找到最优条件下通过分析所有这些变量之间的相关性,而且这样做会从工程角度小的优势。因此,在本文中,一个基本的原型RC派生的基于规则的经验,并提出了改善其性能的方法。此外,通过分析关键参数对应的方法通过一种合理的方法,最终的设计,允许生产的钢筋混凝土的性能满足要求被提出。
标准差计算通过三维模拟和后处理确认场均匀性的性能最终设计如图所示10连同其他两个条件的结果如图9。标准偏差的结果最终证明改善搅拌方式环境的可能性所暗示的本征频率变化如图9。在图10 (b),结果得到的反射器2显示一个标准偏差小于3 dB的分析频率相比图10 ()。结果如图10 (c),得到的最终设计,显示的总体标准偏差较低水平相比乐队725 MHz以上结果(c)所示,在每个频率和组件之间的差异减少。他们也显示稍大的标准差比2.5 dB在某些频率和最大标准差2.72在725 MHz。然而,实际测量回荡的环境模式搅拌器旋转定期将产生值低于标准偏差计算通过模拟每一个旋转步骤是理想的不相关的和显示一个标准偏差小于2.5 dB的满足的需求。
(一)
(b)
(c)
4所示。混响室测量和实际验证
在图所示的最终设计7是根据尺寸表吗2和3和新搅拌器。图11显示了装配式钢筋混凝土的照片,描述反射,反射器2,新搅拌器,源天线的导向方向。每个模式搅拌器旋转步进电机控制的计算机软件。的对数周期天线作为发射天线位于一个支持的位置如图2和11。对数周期天线必须运行在650 MHz或更高,是紧凑的,因为放置的空间是狭窄的。然而,由于对数周期天线满足这些特征并不是商业化,独立开发。图12显示了一个发达对数周期天线的照片。这介绍了对数周期天线的详细结果23]。罗杰斯RO4003衬底上被用来制造的对数周期天线,和其总体规模为282毫米×194毫米×0.508毫米(l×W×H)。捏造的对数周期天线测量的雷达天线罩,如图11。因此,一个紧凑的对数周期天线已经证明从0.55到9 GHz运作,具有较高的增益范围从2.48到7.89 dBi。相比标准对数周期天线,该天线的大小已经下降了约27%和20%在长度和宽度,分别。然而,小型对数周期天线的宽带特性展出由于顶加载技术。
评估场均匀性提出了钢筋混凝土的性能,最大电场值测量八点的角落工作容积图所示2基于标准的。电探测器是用来记录该领域的优势,在搅拌器旋转(即通过18°角步骤。,20个职位的搅拌器)。在每个采样频率标准差计算的原始数据测量电场。所有测量和计算是按照指导方针提出了(3]。
图13细节的标准差来衡量(指定的采样频率3提出RC),显示了其模拟标准差根据描述的设计部分3。场均匀性的宽容度定义本文2.5 dB,也显示在图。图的标准偏差13 (b)显示最终的设计组成的反射镜和新双板块型搅拌器满足定义的场均匀性的要求。也可以看出他们是降低最多频率相比,结果在图(13日)从设计组成的反射镜和获得最初的搅拌器。这表明新搅拌器设计优于原设计。特别是,非凡的频带范围从680 MHz到752.5 MHz,从800兆赫到935兆赫。标准差是减少约0.34 dB和平均0.22 dB,分别也提高了1 dB和0.74 dB,分别。此外,两个搅拌器的性能在一些频率可比。基于这些结果,可以得出结论,最后提出本文的有效途径和RC设计如图7显示一个标准偏差低于2.5 dB通过改善基本原型结构的性能和满足所有定义的需求。
(一)
(b)
(c)
5。结论
一个钢筋混凝土组成的新的反射镜和模式提出了搅拌器。它有一个内部的大小大约是相同或小于一个商业产品。反射器的主要参数和模式确定搅拌器通过逻辑的方法基于标准差和本征频率变化的分析3 d模拟。场均匀性的计算和测量标准差评估拟议的RC已经证明,他们明显改善标准差其初始结构的性能。此外,本文提出的合理的方法对钢筋混凝土设计非常有效,并通过验证,设计结果准确预测的主要结果与实际测量。测量结果的标准偏差提出了RC定义被发现来满足所有的需求。因此,预计提出钢筋混凝土的性能可能是一个非常有吸引力的设施的用户想要测量和评估商业无线终端的性能。
数据可用性
使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。
确认
这项工作得到了学院信息与通信技术促进韩国政府拨款资助的(没有。2015-0-00855,测量和评价技术研究基于混响室,也没有。2017-0-00982,系统级技术的发展对EMP)保护设计和性能评估。作者感谢韩国员工保护系统有限公司有限公司的主页www.kshieldsysltd.com,他们的帮助关于测量的混响室在这项研究中。