Безэховая камера ( an-echoic означает «неотражающая» или «без эха») — это комната, предназначенная для остановки отражений или эха звука или электромагнитных волн . Они также часто изолированы от энергии, поступающей из окружающей среды. Эта комбинация означает , что человек или детектор слышит исключительно прямые звуки (без отраженных звуков), по сути имитируя нахождение снаружи в свободном поле.
Anechoic chambers, термин, введенный американским экспертом по акустике Лео Беранеком , изначально использовался исключительно для обозначения акустических безэховых камер. Недавно этот термин был распространен на другие радиочастотные (РЧ) и гидроакустические безэховые камеры, которые устраняют отражение и внешний шум, вызванный электромагнитными волнами.
Безэховые камеры варьируются от небольших отсеков размером с бытовую микроволновую печь до таких больших, как авиационные ангары . Размер камеры зависит от размера объектов и диапазонов частот, которые проверяются.
Требование к тому, что впоследствии было названо безэховой камерой, возникло для того, чтобы обеспечить возможность тестирования громкоговорителей, которые генерировали настолько интенсивные уровни звука, что их нельзя было тестировать на открытом воздухе в жилых помещениях. [1]
Безэховые камеры обычно используются в акустике для проведения экспериментов в номинально « свободном поле », свободное поле означает, что нет отраженных сигналов. Вся звуковая энергия будет распространяться от источника, практически не отражаясь назад. Обычные эксперименты в безэховых камерах включают измерение передаточной функции громкоговорителя или направленности шумового излучения от промышленного оборудования. В целом, внутренняя часть безэховой камеры может быть очень тихой, с типичными уровнями шума в диапазоне 10–20 дБА . В 2005 году лучшая безэховая камера показала результат −9,4 дБА. [2] В 2015 году безэховая камера в кампусе Microsoft побила мировой рекорд, показав результат −20,6 дБА. [3] Человеческое ухо обычно может улавливать звуки выше 0 дБА, поэтому человек в такой камере будет воспринимать окружающую среду как лишенную звука. Как ни странно, некоторым людям может не нравиться такая тишина, и они могут потерять ориентацию. [2]
Механизм, посредством которого безэховые камеры минимизируют отражение звуковых волн, падающих на их стенки, выглядит следующим образом: На приложенном рисунке падающая звуковая волна I собирается упасть на стенку безэховой камеры. Эта стенка состоит из серии клиньев W высотой H. После столкновения падающая волна I отражается в виде серии волн R, которые, в свою очередь, «отскакивают вверх и вниз» в зазоре воздуха A (ограниченном пунктирными линиями) между клиньями W. Такое отскакивание может создавать (по крайней мере временно) картину стоячей волны в A. Во время этого процесса акустическая энергия волн R рассеивается за счет молекулярной вязкости воздуха, в частности, вблизи угла C. [4] Кроме того, при использовании вспененных материалов для изготовления клиньев, другой механизм рассеивания происходит во время взаимодействия волны со стенкой. [5] В результате, компонент отраженных волн R вдоль направления I, который выходит из зазоров A (и возвращается к источнику звука), обозначенный R', заметно уменьшается. Несмотря на то, что это объяснение двумерно, оно является репрезентативным и применимым к реальным трехмерным клиновидным структурам, используемым в безэховых камерах. [6]
Полностью безэховые камеры предназначены для поглощения энергии во всех направлениях. Для этого все поверхности, включая пол, должны быть покрыты правильной формой клиньев. Сетчатая решетка обычно устанавливается над полом, чтобы обеспечить поверхность для ходьбы и размещения оборудования. Этот сетчатый пол обычно размещается на том же уровне пола, что и остальная часть здания, то есть сама камера простирается ниже уровня пола. Этот сетчатый пол амортизирован и плавает на абсорбирующих буферах, чтобы изолировать его от внешней вибрации или электромагнитных сигналов.
Напротив, полубезэховые или полубезэховые камеры имеют сплошной пол, который действует как рабочая поверхность для поддержки тяжелых предметов, таких как автомобили, стиральные машины или промышленное оборудование, которые не могли бы поддерживаться сетчатой решеткой в полностью безэховой камере. Звукозаписывающие студии часто являются полубезэховыми.
Различие между «полубезэховым» и «гемибезэховым» неясно. В некоторых случаях они являются синонимами, или используется только один термин. [7] В других случаях различают один как имеющий идеально отражающий пол (создавая условия свободного поля с одной отражающей поверхностью), а другой как просто имеющий плоский необработанный пол. [8] [9] В других случаях различают их по размеру и производительности, причем один, вероятно, представляет собой существующее помещение, модернизированное с помощью акустической обработки, а другой — специально построенное помещение, которое, вероятно, больше и имеет лучшие безэховые характеристики. [10]
Внутренний вид радиочастотной ( РЧ) безэховой камеры иногда похож на внешний вид акустической безэховой камеры; однако внутренние поверхности РЧ безэховой камеры покрыты поглощающим излучение материалом (RAM) вместо акустически поглощающего материала. Использование РЧ безэховых камер включает тестирование антенн и радаров, и они обычно используются для размещения антенн для выполнения измерений диаграмм направленности антенн и электромагнитных помех .
Ожидания производительности (усиление, эффективность, характеристики диаграммы направленности и т. д.) представляют собой основные проблемы при проектировании автономных или встроенных антенн . Проекты становятся все более сложными, поскольку одно устройство включает в себя несколько технологий, таких как сотовая связь , WiFi , Bluetooth , LTE , MIMO , RFID и GPS .
RAM спроектирован и сформирован для максимально эффективного поглощения падающего радиочастотного излучения (также известного как неионизирующее излучение ) с максимально возможного числа направлений падения. Чем эффективнее RAM, тем ниже результирующий уровень отраженного радиочастотного излучения. Многие измерения в области электромагнитной совместимости (ЭМС) и диаграмм направленности антенн требуют, чтобы паразитные сигналы, возникающие в испытательной установке, включая отражения, были пренебрежимо малы, чтобы избежать риска возникновения ошибок и неоднозначностей измерений .
Волны более высоких частот имеют более короткие длины волн и более высокую энергию, в то время как волны более низких частот имеют более длинные длины волн и более низкую энергию, в соответствии с соотношением , где лямбда представляет собой длину волны, v - фазовая скорость волны, а - частота. Чтобы экранировать определенную длину волны, конус должен иметь соответствующий размер для поглощения этой длины волны. Качество работы безэховой камеры RF определяется ее самой низкой тестовой частотой работы, на которой измеренные отражения от внутренних поверхностей будут наиболее значимыми по сравнению с более высокими частотами. Пирамидальная RAM имеет наибольшую поглощающую способность, когда падающая волна падает нормально на внутреннюю поверхность камеры, а высота пирамиды приблизительно равна , где - длина волны свободного пространства . Соответственно, увеличение высоты пирамиды RAM для того же ( квадратного ) размера основания повышает эффективность камеры на низких частотах, но приводит к увеличению стоимости и уменьшению свободного рабочего объема, который доступен внутри камеры определенного размера.
Безэховая камера RF обычно встраивается в экранированную комнату, спроектированную с использованием принципа клетки Фарадея . Это связано с тем, что большинство тестов RF, требующих безэховой камеры для минимизации отражений от внутренних поверхностей, также требуют свойств экранированной комнаты для ослабления нежелательных сигналов, проникающих внутрь и вызывающих помехи для тестируемого оборудования, и предотвращения утечки от тестов, проникающих наружу. Пирамидальный поглотитель RAM также может быть построен с помощью аддитивного производства, что позволяет исследовать внутренние модели, чтобы улучшить поглощающие эффекты. [11]
При более низких частотах излучения для измерения дальнего поля может потребоваться большая и дорогая камера. Иногда, например, для измерений эффективной площади рассеяния радара, можно уменьшить масштаб объекта испытания и уменьшить размер камеры, при условии, что длина волны частоты испытания уменьшается прямо пропорционально тестированию на более высокой частоте. [ необходима цитата ]
Безэховые камеры RF обычно проектируются в соответствии с электрическими требованиями одного или нескольких аккредитованных стандартов . Например, авиационная промышленность может испытывать оборудование для самолетов в соответствии со спецификациями компании или военными спецификациями, такими как MIL-STD 461 E. После сборки проводятся приемочные испытания во время ввода в эксплуатацию для проверки того, что стандарт(ы) действительно соблюдаются. Если это так, то будет выдан сертификат об этом. Камеру необходимо будет периодически повторно испытывать.
Конфигурации испытательного и вспомогательного оборудования, которые будут использоваться в безэховых камерах, должны иметь как можно меньше металлических (проводящих) поверхностей, поскольку они могут вызывать нежелательные отражения. Часто это достигается путем использования непроводящих пластиковых или деревянных конструкций для поддержки тестируемого оборудования. Если металлические поверхности неизбежны, их можно закрыть кусками RAM после настройки, чтобы минимизировать такое отражение, насколько это возможно.
Может потребоваться тщательная оценка того, следует ли размещать испытательное оборудование (в отличие от испытываемого оборудования) внутри или снаружи камеры. Обычно большая его часть располагается в отдельной экранированной комнате, прикрепленной к основной испытательной камере, чтобы защитить его как от внешних помех, так и от излучения внутри камеры. Сетевое питание и кабели тестового сигнала в испытательной камере требуют высококачественной фильтрации .
Для передачи сигнала иногда используются оптоволоконные кабели, поскольку они устойчивы к обычным радиопомехам и создают мало отражений внутри камеры.
С безэховыми камерами радиочастотного диапазона связаны следующие риски для здоровья и безопасности :
Персоналу обычно не разрешается находиться внутри камеры во время измерения, поскольку это может не только вызвать нежелательные отражения от человеческого тела , но и может представлять опасность для соответствующего персонала, если испытания проводятся при высоких мощностях РЧ. Такие риски связаны с РЧ или неионизирующим излучением, а не с ионизирующим излучением с более высокой энергией .
Поскольку RAM сильно поглощает радиочастотное излучение, падающее излучение будет генерировать тепло внутри RAM. Если его не рассеивать должным образом, существует риск образования горячих точек и повышения температуры RAM до точки возгорания . Это может быть риском, если передающая антенна непреднамеренно окажется слишком близко к RAM. Даже при довольно скромных уровнях мощности передачи антенны с высоким коэффициентом усиления могут концентрировать мощность в достаточной степени, чтобы вызвать высокий поток мощности вблизи своих апертур . Хотя недавно изготовленная RAM обычно обрабатывается огнезащитным составом для снижения таких рисков, их трудно устранить.
{{cite web}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )