同心錐形tem室及其傳輸段內(nèi)外導體半夾角的設計方法
【技術領域】
[OOOU 本發(fā)明設及同屯、錐型TEM室。更具體地，設及一種同屯、錐形TEM室及其傳輸段內(nèi) 外導體夾角的設計方法。
【背景技術】
[000引同屯、錐形TEM室就是一種基于標準場法的場強產(chǎn)生裝置，與TEM室、GTEM室相比， 同屯、錐形TEM室可產(chǎn)生200MHz?40GHz寬頻帶的電磁場，可用于建立寬帶場強校準系統(tǒng)， 滿足場強探頭的全頻段、寬帶掃頻校準需求。同屯、錐TEM室，由美國國家標準與技術研究院 NIST最早于1999年研制，與同軸傳輸線類似，是一種雙導體傳輸線，采用軸對稱結構，由同 軸饋電、阻抗匹配段、傳輸段、終端負載及吸波材料等幾部分組成，其結構示意圖如圖1所 示，同軸饋電為同屯、錐形TEM室提供輸入功率，阻抗匹配段將同軸導線50 Q特性阻抗變換 到傳輸段特性阻抗，終端負載及吸波材料用于吸收電磁波，降低整個系統(tǒng)的駐波損耗，最終 在兩個金屬同屯、錐體之間的空腔內(nèi)產(chǎn)生均勻的TEM波，形成可計算的標準場強。同屯、錐形 TEM室為了滿足寬頻帶，內(nèi)部為多模傳輸，傳輸段內(nèi)外導體結構設計決定了高階模的數(shù)量， 而同屯、錐形TEM室里高階模數(shù)量越多對TEM室里的標準場強將影響越大，高階模數(shù)量越少 同屯、錐形TEM室性能越好。同屯、錐形TEM室的性能還與高階模截止頻率有關，高階模截止 頻率越高，說明同屯、錐形TEM室所能用到的工作頻率越寬，性能越好。所W在設計時，主要 考慮減少高階模的數(shù)量，其次也要考慮提高高階模的截止頻率。同屯、錐形TEM室的尺寸結 構決定了沒辦法消除高階模，只能盡可能的減少高階模的數(shù)量，并在此基礎上提高階模的 截止頻率。
[000引美國NIST設計的同屯、錐形TEM室傳輸段的內(nèi)導體半夾角為目1= 1.895°，外導 體半夾角為02=10°，通過美國設計的同屯、錐結構尺寸，計算其高次模的截止波長如圖 2所示，其高階模的截止波長與饋電點到測試探頭的距離r相關，在測試區(qū)內(nèi)橫截面方向外 導體半徑減去內(nèi)導體半徑為0. 2m處測量饋電點到測試探頭的距離r，并計算此處的高階截 止頻率，高階模的截止頻率如表1所示；
[0004] 表1同屯、錐形TEM室高階模截止頻率統(tǒng)計表
[0005]
【主權項】
1. 一種同心錐形TEM室，該TEM室包括阻抗匹配段，同軸雙導體傳輸段，終端負載和吸 波材料，其特征在于， 同軸雙導體傳輸段的內(nèi)導體半夾角為1.5136°且外導體的半夾角為8°。
2. 根據(jù)權利要求1所述的同心錐形TEM室，其特征在于，該TEM室的傳輸段特性阻抗的 取值范圍為75Q至125D。
3. 根據(jù)權利要求1所述的同心錐形TEM室，其特征在于，該TEM室的測試區(qū)徑向空間約 為 0? 2mX0. 2mX0. 2m。
4. 一種同心錐形TEM室傳輸段內(nèi)外導體半夾角的設計方法，其特征在于，該方法包括 如下步驟： 51、 根據(jù)該同心錐形TEM室傳輸段的使用要求，選擇其特性阻抗Z。以及外導體半夾角 92與內(nèi)導體半夾角0i之比0 2/91; 52、 根據(jù)選定的同心錐形TEM室傳輸段特性阻抗Z。和外內(nèi)半夾角之比0 2/0i，計算不 同的同心錐形TEM室傳輸段內(nèi)外導體半夾角所對應的同心錐形TEM室傳輸段的高階模數(shù) 量，選取最少高階模數(shù)量所對應的內(nèi)外導體半夾角，作為該同心錐形TEM室傳輸段內(nèi)外導 體半夾角。
5. 根據(jù)權利要求4所述的同心錐形TEM室傳輸段內(nèi)外導體半夾角的設計方法，其特征 在于，該方法進一步包括步驟： 53、 根據(jù)該同心錐形TEM室傳輸段內(nèi)外導體半夾角，計算該同心錐形TEM室傳輸段高階 模截止頻率，對比該同心錐形TEM室與現(xiàn)有同心錐形TEM室的性能。
6. 根據(jù)權利要求4所述的同心錐形TEM室傳輸段內(nèi)外導體半夾角的計算方法，其特征 在于，所述步驟S1中同心錐形TEM室傳輸段特性阻抗Zc的取值范圍為75D至125D。
7. 根據(jù)權利要求4所述的同心錐形TEM室傳輸段內(nèi)外導體半夾角的設計方法，其特征 在于，所述步驟S1中同心錐形TEM室傳輸段特性阻抗Z。和其外導體半夾角0 2與內(nèi)導體半 夾角9i之比9 2/9i的關系表示為公式：
公式中，r為饋電點到測試探頭的距離，V(r)為測試探頭處內(nèi)外導體之間的電壓；I(r) 為測試探頭處內(nèi)導體表面的電流；0i為內(nèi)導體半夾角；0 2為外導體半夾角；e 內(nèi)外導 體之間物質(zhì)的相對介電常數(shù)；％為自由空間波阻抗。
8. 根據(jù)權利要求4所述的同心錐形TEM室傳輸段內(nèi)外導體半夾角的設計方法，其特征 在于，所述步驟S2進一步包括如下子步驟： 根據(jù)選定的同心錐形TEM室傳輸段特性阻抗Z。和外內(nèi)半夾角之比0 2/0i，采用Matlab的高階模分析程序迭代計算不同的同心錐形TEM室傳輸段內(nèi)外導體半夾角所對應的同心 錐形TEM室傳輸段的高階模數(shù)量，選取最少高階模數(shù)量所對應的內(nèi)外導體半夾角，作為該 同心錐形TEM室傳輸段內(nèi)外導體半夾角。
9. 根據(jù)權利要求5所述的同心錐形TEM室傳輸段內(nèi)外導體半夾角的設計方法，其特征 在于，所述步驟S3進一步包括如下子步驟： S3. 1、根據(jù)該同心錐形TEM室傳輸段內(nèi)外導體半夾角，計算該同心錐形TEM室傳輸段高 階模的截止波長A。，公式如下：
公式中為饋電點到測試探頭的距離；v為內(nèi)外導體半夾角所對應的高階模數(shù)量；S3. 2、根據(jù)測試區(qū)內(nèi)橫截面方向外導體半徑減去內(nèi)導體半徑為0.2m處的高階模的截 止波長A。，計算測試區(qū)內(nèi)橫截面方向外導體半徑減去內(nèi)導體半徑為0. 2m處的高階模的截 止頻率f。，公式如下： 入 c=cfc 公式中，c為光速； S3. 3、對比該同心錐形TEM室傳輸段與現(xiàn)有同心錐形TEM室傳輸段相比測試區(qū)內(nèi)橫截 面方向外導體半徑減去內(nèi)導體半徑為〇. 2m處的前幾階模次內(nèi)高階模的數(shù)量和截止頻率。
【專利摘要】本發(fā)明公開一種同心錐形TEM室及其傳輸段內(nèi)外導體半夾角的設計方法，該方法包括步驟：根據(jù)該同心錐形TEM室傳輸段的使用要求，選擇其特性阻抗ZC以及外導體半夾角θ2與內(nèi)導體半夾角θ1之比θ2/θ1；根據(jù)選定的同心錐形TEM室傳輸段特性阻抗ZC和外內(nèi)半夾角之比θ2/θ1，計算不同的同心錐形TEM室傳輸段內(nèi)外導體半夾角所對應的同心錐形TEM室傳輸段的高階模數(shù)量，選取最少高階模數(shù)量所對應的內(nèi)外導體半夾角，作為該同心錐形TEM室傳輸段內(nèi)外導體半夾角。本發(fā)明所述技術方案通過設計同心錐形TEM室傳輸段的內(nèi)外導體半夾角，有效地減少了高階模的數(shù)量且提高了高階模截止頻率，提高了同心錐形TEM室性能。
【IPC分類】G01R35-00
【公開號】CN104569889
【申請?zhí)枴緾N201410821001
【發(fā)明人】劉星汛, 齊萬泉, 穆晨晨, 馬蔚宇, 黃承祖, 閆旭紅
【申請人】北京無線電計量測試研究所
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2014年12月24日