1 11.2微波暗室 1 11.2.2微波暗室的電參數(shù) 31.3天線測量方法 4 4 61.4電磁波的反射與折射 81.4.1本構(gòu)關(guān)系與kDB坐標(biāo)系 8 1.4.3各向同性介質(zhì)的電磁波反射與折射 1.5多徑干擾的來源及抑制原理分析 微波暗室等價(jià)于空曠無其它干擾反射的空間，在微波暗室中人為制造反射源可以實(shí)現(xiàn)對(duì)多徑干擾環(huán)境的模擬，據(jù)此可以利用天線遠(yuǎn)場測量系統(tǒng)可以對(duì)微波信號(hào)傳播過程中的多徑干擾問題進(jìn)行分析。本章介紹了微波暗室與天線測量，分析了雙各向異性介質(zhì)下電磁波折反射的情況，探究了微波信號(hào)多徑干擾的來源及抑制原理，最后針對(duì)機(jī)器學(xué)習(xí)算法實(shí)踐中的不確定性創(chuàng)新地提出了機(jī)器學(xué)習(xí)自證增強(qiáng)判據(jù)理論并加以闡述。1.2微波暗室1.2.1微波暗室的結(jié)構(gòu)及用途微波暗室又被稱為回波室或者無反射室，由屏蔽室、吸波材料等組成，是測量的重要工具，為微波、天線及目標(biāo)RCS等測試提供了良好的環(huán)境391,使整體的測試不受外界電磁環(huán)境及天氣等情況的影響，具有屏蔽外界干擾、抑制內(nèi)部反射干擾的優(yōu)點(diǎn)，并且在軍事和民用項(xiàng)目中均占有重要地位。本文在微波暗室的環(huán)境下模擬了多徑干擾環(huán)境，為多徑干擾評(píng)估奠定了基礎(chǔ)。常用的結(jié)構(gòu)分為兩類，矩形暗室和錐形暗室。圖2-1和圖2-2是兩種微波暗室的結(jié)構(gòu)示意圖。鏡像源攔截區(qū)域源靜區(qū)鏡像源攔截區(qū)域源靜區(qū)鏡像源鏡像源攔截區(qū)域源圖2-2微波暗室的工作情況圖按照不同測試實(shí)驗(yàn)的要求，微波暗室的用途可分為五類[401:天線系統(tǒng)的測量實(shí)驗(yàn)、天線罩參數(shù)的測量實(shí)驗(yàn)、電子對(duì)抗系統(tǒng)設(shè)備的研究實(shí)驗(yàn)、電磁兼容與整機(jī)系統(tǒng)測試實(shí)驗(yàn)、目標(biāo)模型模擬測試實(shí)驗(yàn)。本文為了模擬真實(shí)的多徑環(huán)境，選擇了用于天線系統(tǒng)測量的矩形全封閉暗室，而暗室又等價(jià)于空曠無其它干擾反射的空間，即在屏蔽外界干擾的基礎(chǔ)上，人為地加入了反射源，這樣既可以實(shí)現(xiàn)對(duì)多徑的模擬，還能夠?qū)崟r(shí)地對(duì)反射源進(jìn)行調(diào)整，起到了改變多徑干擾條件的作用。微波暗室主要的電參數(shù)有七個(gè)411,詳見(1)--(7)。R或或D圖2-3天線近遠(yuǎn)場及分界面示意圖(1)靜區(qū)：天線輻射的近場區(qū)與遠(yuǎn)場區(qū)如圖2-3所示，其中近場區(qū)與遠(yuǎn)場區(qū)的分界線滿足式(2-1)的關(guān)系，靜區(qū)作為滿足遠(yuǎn)場條件的測試區(qū)，自然也滿足該式的條件，將待測天線到遠(yuǎn)場邊界的距離用R表示，并用D表示天線口徑的形式來表示，如式(2-2)所示。Ep表示入射場，ER表示反射場，對(duì)二者數(shù)(3)交叉極化度：表征電磁信號(hào)極化的純度。在電磁波傳輸過程中由于暗(4)幅度均勻性：標(biāo)準(zhǔn)天線對(duì)靜區(qū)內(nèi)的待測天線發(fā)射電磁波時(shí)口徑場幅度不均勻的情況。沿軸線的信號(hào)幅度起伏不超過±2dB,對(duì)待圖2-8近場掃描面分類圖□徑天線的主要測量方法，被廣泛地應(yīng)用于天線方向且具有代表性的雙各向異性介質(zhì)，并推導(dǎo)了在該介質(zhì)板中TE波和TM波的反射表征介質(zhì)在每個(gè)方向上的電磁特性。某介質(zhì)中若ξ=ζ=0,為各向異性介質(zhì)；若一般地，將ξ和ζ忽略，ε和μ均為標(biāo)量，為各向同性介質(zhì)，其本構(gòu)關(guān)系如各向異性介質(zhì)的本構(gòu)關(guān)系如下：其中介電常數(shù)8和磁導(dǎo)率μ為對(duì)角矢量。當(dāng)&x=8,=?、μx=μy=μ?時(shí)呈現(xiàn)各向同性[49。當(dāng)張量中的三個(gè)參數(shù)總有兩個(gè)相等時(shí)，即ε=&x=€,≠&?、μ=μx=μy≠μ?時(shí)稱為單各向異性介質(zhì)，當(dāng)張量中的三個(gè)參數(shù)均不相等時(shí)，即ε≠&,≠&?、μx≠μy≠μ?時(shí)稱為雙各向異性介質(zhì)。在自然界中介電常數(shù)ε和磁導(dǎo)率μ至少一個(gè)是正值。當(dāng)8和μ同時(shí)為負(fù)，且E、H、k滿足左手正交關(guān)系時(shí)，稱為左手介質(zhì)。隨總體來說，這些都是自然界中無法找到的介質(zhì)材料。本節(jié)選取自然界條件下的最一般的本構(gòu)關(guān)系&≠&,≠E?、H≠μy≠μ?,即雙各向異性介質(zhì)來分析電磁波的反射與折射。為了討論電磁波在介質(zhì)中的波動(dòng)特性，本節(jié)利用kDB坐標(biāo)系來描述雙各向異性介質(zhì)的色散關(guān)系。在無源區(qū)域中，根據(jù)麥克斯韋的時(shí)諧場方程[49]假設(shè)介質(zhì)是均勻的，令復(fù)數(shù)場矢量為ek噸，根據(jù)麥克斯韋方程可以得到491根據(jù)式(2-26)、(2-27)發(fā)現(xiàn)電位移矢量D和磁感應(yīng)強(qiáng)度B以及這兩個(gè)矢量所構(gòu)成的平面始終和k相垂直，這個(gè)平面稱為DB平面。而kDB坐標(biāo)系則是由DB平面和波矢量k組成，kDB坐標(biāo)系具有單位矢量e?、e?、e?。令e?與波矢量k的圖2-9kDB坐標(biāo)系示意圖如圖2-9所示，用xyz坐標(biāo)系表示得到e?e?=X·sin單位矢量e?的方向取和0相同的方向，得到e?=x·cosθcosφ+y·cos單位矢量e?的方向與e?、e?構(gòu)成右手坐標(biāo)系，得到根據(jù)kDB坐標(biāo)系在xyz坐標(biāo)系的投影關(guān)系及xyz坐標(biāo)系下的本構(gòu)方程，得到kDB坐標(biāo)系中E、H和D、B間的關(guān)系表達(dá)式其中T為kDB坐標(biāo)系在xyz坐標(biāo)系的投影關(guān)系容阻率k=1/ε,磁阻率v=1/μ,x和γ均為手征參數(shù)。根據(jù)式(2-24)--(2-27),將等式兩端分別除以k,并令u=w/k,令2×2階矩陣的行列式為0,可以得到均勻介質(zhì)的色散關(guān)系則有D4CB圖2-10電磁波在雙各向異性介質(zhì)板中的反射與折射示意圖下節(jié)將推導(dǎo)得到的色散關(guān)系來分析TE波和TM波在雙各向異性介質(zhì)板中的如圖2-10所示，區(qū)域1和3中介電常數(shù)和磁導(dǎo)率分別為ε0和μ?。區(qū)域2為雙各向異性介質(zhì)，寬度為d,介電常數(shù)和磁導(dǎo)率分別為ε和μ。A表示TE波第一次折射的系數(shù)，B表示TE波第二次反射的系數(shù)，RTE和TTE是TE波最終的反射系數(shù)與折射系數(shù)。C表示TM波第一次折射的系數(shù)，D表示TM波第二次反射已知區(qū)域1和3中的TE、TM波滿足的色散關(guān)系為[49]根據(jù)式(2-39)、(2-40),區(qū)域2中TE、TM波滿足的色散關(guān)系分別為對(duì)于TE波來說，根據(jù)色散關(guān)系，給出入射波的電場表達(dá)式其中波矢量k?=±x·kx+y·k,,磁場分別在x=0和x=d的切向分量連續(xù)。最終根據(jù)各場量關(guān)系得到Aeia+Be-ikd=TTEeik,d利用上述這些方程可以解得TE波的A和B以及RTE和TTE。同理，對(duì)于TM波來說，根據(jù)色散關(guān)系，給出入射波的磁場表達(dá)式磁場分別在x=0和x=d的切向分量連續(xù)。最終根據(jù)各場量關(guān)系得到利用上述這些方程可以解得TM波的C和D以及RM和T。本節(jié)在kDB坐標(biāo)系下計(jì)算得到了雙各向異性介質(zhì)下TE波與TM波的折反射由于自然環(huán)境中常見的介質(zhì)都是右手介質(zhì)，本文實(shí)驗(yàn)中的反射板采用的是PEC材料，該材料是各向同性的。因此在2.4.1節(jié)本構(gòu)關(guān)系的基礎(chǔ)上分析了在各向同性的介質(zhì)下的折反射原理。如圖2-11所示，入射波和法線構(gòu)成了入射面。媒質(zhì)的介電參數(shù)為ε、?,磁導(dǎo)率為H、μ?,這四個(gè)參數(shù)均為標(biāo)量。xxZ圖2-11電磁波在各向同性介質(zhì)中的反射與折射示意圖折射定律如式(2-62)所示521。行。根據(jù)z=0平面上的邊界條件可得出該入射波的反射系數(shù)R及透射系數(shù)T。R,及透射系數(shù)T|。其中T?=cosθ,(1+R?)/cose,。由于后文實(shí)驗(yàn)選擇的反射板材料除了導(dǎo)體金屬板外還有PEC材料，根據(jù)本構(gòu)關(guān)系式(2-14)、(2-15),其中PEC的介電常數(shù)ε=2.2,磁導(dǎo)率μ=1.0,該材1.5多徑干擾的來源及抑制原理分析表示。暗室靜區(qū)的精度用反射率電平參數(shù)來表示，即式(2-2),用E,表示入射將式(2-2)和式(2-68)聯(lián)合，得到