Analisi statistica di una camera riverberante con modalità di mescolamento ibrido/meccanico di sorgente

This thesis focuses on the characterization of a reverberation chamber for electromagnetic compatibility (EMC) testing, with particular attention to improving performance at low frequencies through a hybrid configuration combining mechanical and source stirring. Reverberation chambers are shielded metallic cavities where the electromagnetic field is made statistically uniform using rotating stirrers. However, at low frequencies (below 300–400 MHz), the limited number of resonant modes compromises field uniformity and statistical validity. To overcome this limitation, a hybrid configuration using two transmitting antennas in orthogonal polarization (Tx1 and Tx2), combined via the maximum operation (Tx12), was developed alongside traditional mechanical stirring with 120 stirrer positions. Three loading conditions (empty, loaded with a dielectric object, lossy with absorbing panels) and three antenna configurations (Tx1, Tx2, Tx12) were analyzed, processing millions of experimental data points with custom MATLAB code. The main results obtained are: LUF (Lowest Usable Frequency) reduced to 200 MHz for the Tx12 configuration, an improvement of 55–65 MHz compared to single antennas. Field uniformity improved with a σdB reduction of approximately 0.20 dB across the entire frequency range. Increase in the number of independent samples (nind) by 30–60% compared to single antennas, due to signal combination. Verification of the Rayleigh distribution of the |S21| signal, confirming the statistical validity of the field for frequencies above 300 MHz. Hybrid stirring proves to be an effective and low-cost technique for extending the usable frequency range of reverberation chambers toward lower frequencies, without requiring structural modifications.

La presente tesi si occupa della caratterizzazione di una camera riverberante per test di compatibilità elettromagnetica (EMC), con particolare attenzione al miglioramento delle prestazioni alle basse frequenze attraverso l'utilizzo di una configurazione ibrida che combina stirring meccanico e stirring di sorgente. Le camere riverberanti sono cavità metalliche schermate in cui il campo elettromagnetico viene reso statisticamente uniforme tramite rotori (stirrer). Tuttavia, alle basse frequenze (inferiori a 300–400 MHz), il numero di modi risonanti eccitati è limitato, compromettendo l'uniformità del campo e la validità statistica delle misure. Per superare questa limitazione, è stata sviluppata una configurazione ibrida che utilizza due antenne trasmittenti in polarizzazione ortogonale (Tx1 e Tx2), combinate tramite l'operazione di massimo (Tx12), insieme allo stirring meccanico tradizionale con 120 posizioni del rotore. Sono state analizzate tre condizioni di carico (vuoto, caricato con oggetto dielettrico, lossy con pannelli assorbenti) e tre configurazioni di antenna (Tx1, Tx2, Tx12), elaborando milioni di dati sperimentali con un codice MATLAB sviluppato appositamente. I principali risultati ottenuti sono: LUF (Lowest Usable Frequency) ridotta a 200 MHz per la configurazione Tx12, con un miglioramento di 55–65 MHz rispetto alle singole antenne. Uniformità del campo migliorata con una riduzione di σdB di circa 0.20 dB su tutto l'intervallo di frequenza. Aumento del numero di campioni indipendenti (nind) del 30–60% rispetto alle singole antenne, grazie alla combinazione dei segnali. Verifica della distribuzione di Rayleigh del segnale |S21|, che conferma la bontà statistica del campo per frequenze superiori a 300 MHz. Lo stirring ibrido si conferma quindi una tecnica efficace e a basso costo per estendere il campo di utilizzo delle camere riverberanti verso le basse frequenze, senza richiedere modifiche strutturali alla camera.