微波暗室：“小黑屋”里乾坤大

　　微波暗室：“小黑屋”里乾坤大

　　■张 毅 梅广辉 张 昀　　

微波暗室示意图。资料图片

　　7月14日，印度发射月船3号探测器，在月船1号、2号任务接连失败之后，再一次尝试将探测器送上月球。就在5个月前，印度空间研究组织发布公告称，月船3号探测器完成了新一轮太空能力测试，成功通过了电磁干扰、电磁兼容性测试。

　　在官方公布的画面中，月船3号探测器在一间布满尖锥状物体的神秘“小黑屋”中进行电磁试验。这个“小黑屋”，就是微波暗室。

　　微波暗室听起来有些高深莫测，实则它已经有了将近一个世纪的历史。21世纪以来，微波暗室更是被世界各国广泛用于通信、电子、隐形战斗机、航空、导弹、雷达等诸多领域与电磁相关项目的测试。由于其能够节省大量成本，缩短试验时间，在民用端和军用端都广受青睐。

　　只为电磁波传播更加“纯净”

　　微波暗室又称无回波室或吸波室，是一种专门被设计成用来做电磁相关测试的特殊试验场所。因微波也有光的某些特性，借用光学暗室的含义，故取名为微波暗室。

　　走进微波暗室，映入眼帘的是一个布满“钉子”的房间。这些尖锥状的“钉子”就是吸波材料。借助蜂窝状吸波材料和其独特的棱锥造型，可以弱化并吸收散射到墙面的测试电磁波，避免测试电磁波二次反射向待测对象而构成杂波干扰。此外，金属屏蔽体、铁氧体材料与吸波材料的应用，能够更好地屏蔽外界电磁波，有效阻止内部测试信号溢出。同时，微波暗室中的测量活动也不受天气的影响。

　　微波暗室的出现，与人们对电磁波的探索息息相关。

　　20世纪初，人们开始利用无线电技术进行广播和通信。随着设计研发电磁产品对参数测试的精准度要求越来越高，普通实验室已无法满足研发人员的需求。科学家开始尝试建造一个简单且理想的电磁测试试验场，早期的微波暗室出现了。

　　第二次世界大战期间，对雷达和通信等技术提出更高要求，进一步推动了微波暗室的发展。20世纪50年代初，美国麻省理工学院把吸波材料应用于辐射实验室。与之前使用的材料相比，吸波材料可以将电磁波吸收水平提高几个档次，使电磁波在微波暗室中的传播更加“纯净”。几乎在同一时期，德国哥廷根大学、瑞士邮电部、日本东京大学等也相继建立了微波暗室，广泛应用于电磁波的研究和测试。

　　后来，为了满足使用者的需要，各种各样的微波暗室被设计出来。研究人员设计出一半有微波暗室效果、一半是普通电磁环境的半封闭微波暗室，用于测试某些特定方向上的近场电磁特征。还有研究人员为了进行快速近场电磁环境测试，将一个尺寸较小的全功能微波暗室安装在汽车、火车车厢上，使得整个暗室可以进行快速机动，创造出能够灵活应用于不同场合和环境的移动微波暗室……

　　随着人们对吸波材料的研发以及对暗室结构和设计的完善，微波暗室在国内外得到了迅速发展和广泛运用。当前，通信技术、模拟仿真、隐身技术以及各种电子产品、军事电子武器装备发展迅速，微波暗室也如雨后春笋般得到发展普及，商业化程度大大提高。

　　隐形战机从这里“起飞”

　　马岛战争中，英军谢菲尔德号驱逐舰因无线电兼容问题而被迫关闭关键性设备，导致阿根廷飞鱼导弹来袭时无法反击拦截，酿成被击沉的惨剧。这一战例充分证明：电磁技术在现代化武器装备领域的应用越来越广泛，电磁阵地一旦失守，往往难逃一败。

　　想要牢牢守住电磁阵地，必须对装备电磁辐射特性进行精准测量。与电磁运用相关的新型武器装备的研发，都必须经过微波暗室的“炼制”。

　　有人把微波暗室比喻成给武器装备“电磁面孔”画像的画室，用于让武器装备研发人员直观看到该型装备的电磁特征，扬长避短，充分发挥武器装备效能。

　　俄罗斯军工企业阿尔马兹-安泰公司，是俄罗斯最大的防空和导弹系统制造商之一。微波暗室正是他们研究武器系统的重要工具。在微波暗室中，工程师可以进行各种评估雷达性能的测试。他们通过模拟不同频段的电磁波，以测试武器系统对不同频率的响应和灵敏度。此外，他们还可以模拟电磁干扰和杂散信号，以评估武器系统的抗干扰能力。

　　经过微波暗室的测试，工程师可以检测到信号泄漏、反射、干扰等问题，并有针对性地进行调整和改进，及时发现并解决潜在的问题。这有助于确保防空和导弹系统在真实战斗环境中的可靠性和稳定性，减少在实际环境中的试错成本，同时降低风险。可以说，微波暗室是高端武器研制过程的加速器。

　　值得注意的是，微波暗室在隐形战机的研制中发挥了非常重要的作用。为研制新一代大型隐形无人作战飞机，欧洲航空防务与航天公司在德国建立了一座新的大型飞机测试专用微波暗室。据称，经过新型微波暗室测试出来的雷达散射截面积(RCS)会比目前航空飞行器的水平降低1个数量级。若以世界上较为先进的隐形战斗机为比较基准，其RCS应达到0.001～0.01平方米。要知道一只鸟的雷达反射面都能达到0.01平方米。

　　而那些缺乏大型微波暗室的国家，在研发隐形战机时往往会“事倍功半”。以日本为例，由于日本本土没有大型微波暗室，所以日本在研发五代机心神时，只能选择将心神战斗机的全尺寸模型不远万里运到法国武器装备总局的微波暗室进行RCS测试，然后再根据反馈结果对心神战斗机的外形方案进行二度调整和修正。

　　由此可见，微波暗室对一个国家现代化武器装备的研发有多么重要。

　　从“空间模拟”向“作战模拟”转变

　　射频威胁模拟器是当前微波暗室中最关键、技术含量最高、最昂贵的设备。它常被用于模拟友方系统、敌方辐射源、商业机构、政府等可能信号源的复杂战场电磁环境，涵盖陆、海、空军各类系统中的指挥、控制、预警、跟踪与制导的射频信号源。它可以将不可见的第五维战场“复杂电磁环境”，变成直观的计算机视景仿真、数据曲线、分析报告等。随着射频与数字技术的进步，射频威胁模拟器的发展之路逐渐明晰。

　　典型的射频威胁模拟器CEESIM，是最早出现且使用最广泛的模拟器。随着技术进步与新需求的出现，该模拟器可以涵盖现代最重要的500MHz至40GHz电子战频段，以及低至20MHz的通信、导航和识别频段。最新的CEESIM还集成了先进脉冲发生器、可视化组件等模块，正不断拓展新的功能与应用方向。

　　模拟器回放记录的射频信号，是一个新兴的发展方向。电子战与雷达系统技术的不断进步，对射频威胁模拟器提出了更高逼真度模拟的要求。解决该问题的关键是发展DDS(直接数字频率合成)信号源技术。CEESIM曾利用DDS技术对真实世界的射频信号进行仿真，通过将记录的射频信号回放来复现真实世界的射频信号，从而生成无限接近实战的电子战环境。也正是因此，让模拟器回放记录的射频信号，进而让微波暗室从“空间模拟”向“作战模拟”转变，已成为目前世界各国微波暗室研究的重点。

　　此外，开发用于测试非射频信号、多光谱的传感系统，也是业内专家钻研的方向之一。随着一些非射频(如红外、紫外)信号的测试需求越来越旺盛，开发高度集成、高度传感器融合、灵敏且智能的军事系统和平台已成为一种趋势。

　　当然，目前微波暗室测试距离实现真实闭环的射频电子战还有一定距离。在战机进行电子战模拟测试时，模拟威胁射频信号的行为不会随着被测战机采取抗干扰动作而改变——这与现实世界是不同的。因此，开发闭环电子战系统仍是当前微波暗室最重要发展方向之一。

　　未来，随着一些核心设备研发、改进型结构设计、新型吸波材料的应用，微波暗室正在从“空间模拟”向“电子战模拟”进发，以适应新域新质作战力量的测试需求。这将会给各种新型武器装备的研发、测试、技术维护等领域，带来翻天覆地的变化。