一種新型3GHz橫電磁波小室的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種新型3GHz橫電磁波小室，屬于電子器件電磁兼容特性測試技術領 域。
【背景技術】
[0002] 隨著電子技術的高速發展，電子設備的運行速度越來越快，這意味著集成電路的 工作頻率也在不斷提高。此外，通訊系統使用的頻率也不斷提高，這樣電磁干擾和電磁兼容 的問題顯得尤為突出，電子設備不僅要考慮和其他電子器件間的電磁兼容，還要考慮電子 設備內部電子元件之間的電磁兼容問題。因此，電磁兼容測試是電子產品投入市場前必須 經過的基本檢測項目。
[0003] 橫電磁波小室不僅可以用于輻射敏感度的試驗，而且可以用于測量來自被測件 EUT或集成電路PCB的輻射發射。FCC-TEM-JM1系列標準的橫電磁波小室可用頻率從DC至 1GHz，被測物最大尺寸為6cm X 6cm X lcm，駐波比小于1.25。橫電磁波小室本質上是變異的 同軸線，主傳輸段為矩形，兩端錐形過渡，通過同軸接頭與同軸電纜相連。然而受兩端錐形 結構影響，當工作頻率高于高次模最低模式的截止頻率時，小室內會產生高次模。高次模存 在縱向場分量，破壞了TEM小室場分布的均勻性，影響了測量結果的可靠性。國內外傳統的 橫電磁波小室帶寬為1GHz，而集成電路的工作頻率卻越來越高，遠遠大于1GHz，這限制了橫 電磁波小室的適用范圍。因此，提高橫電磁波小室的上限可用頻率是國內外研究的重要課 題。
【發明內容】
[0004] 目的：為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種新型3GHz橫電磁波小室。
[0005] 技術方案:為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：
[0000] -種新型3GHz橫電磁波小室，包括內導體、外導體，所述內導體設置在外導體內； 所述內導體包括中間段內導體、漸變段內導體;所述中間段內導體設置為長方形結構，所述 漸變段內導體設置為等腰梯形結構，中間段內導體兩端連接有漸變段內導體;所述外導體 包括中間段外導體、漸變段外導體;所述中間段外導體設置為長方體結構，所述漸變段外導 體設置為四棱臺結構，所述中間段外導體兩端連接有漸變段外導體。
[0007] 所述中間段內導體長度設置為152mm、寬度設置為82mm;所述漸變段內導體上邊長 設置為25.6mm，下邊長設置為82mm，高度設置為93mm。
[0008] 所述中間段外導體長度設置為152mm、寬度設置為152mm、高度設置為60mm;所述漸 變段外導體頂面長度設置為50.7mm、寬度設置為20mm，底面長度設置為152mm、寬度設置為 60_，高度設置為93_。
[0009] 作為優選方案，所述內導體材質采用厚度1mm的銅。
[0010] 作為優選方案，所述外導體材質采用厚度0.6_的鋁。
[0011]有益效果：本發明提供的一種新型3GHz橫電磁波小室，外導體尺寸為338mm X 152mm X 60mm，被測物最大尺寸為60mm X 60m X 10mm，駐波比小于1.25，場均勾度小于2dB， S11小于-10dB，S21大于-ldB。達到了改善工作區場分布均勻性、降低高次模影響及擴大工 作頻段等目的。本設計在確保上限工作頻率擴展到3GHz的基礎上，不僅能夠兼容FCC-TEM-JM1系列標準的100mm X 100mm測試板，而且能夠使用更小的功率實現更大的場強，擴展了橫 電磁波小室的應用范圍，提高了測試效率，有效降低了測試成本和生產成本。
【附圖說明】
[0012]圖1為本發明的立體圖；
[0013]圖2為本發明的結構不意圖；
[0014]圖3為本發明的俯視圖；
[0015]圖4為本發明的正視圖；
[0016]圖5為本發明的左視圖；
[0017]圖6為中間段內導體寬度w與中間段特性阻抗Z1的關系圖；
[0018] 圖7為漸變段內導體末端的寬度v與整體特性阻抗Z0的關系圖；
[0019] 圖8為本發明仿真的回波損耗S11曲線圖；
[0020] 圖9為本發明仿真的插入損耗損耗S21曲線圖；
[0021]圖10為本發明仿真的駐波比VSWR曲線圖；
[0022]圖11為本發明不同高度處電場垂直分量歸一化曲線圖；
[0023]圖12為本發明不同寬度處電場垂直分量歸一化曲線圖。
【具體實施方式】
[0024]下面結合附圖對本發明作更進一步的說明。
[0025]如圖1、圖2所示，一種新型3GHz橫電磁波小室，包括內導體1、外導體2，所述內導體 1設置在外導體2內；所述內導體1包括中間段內導體11、漸變段內導體12;所述中間段內導 體11設置為長方形結構，所述漸變段內導體12設置為等腰梯形結構，中間段內導體11兩端 連接有漸變段內導體12;所述外導體2包括中間段外導體21、漸變段外導體22;所述中間段 外導體21設置為長方體結構，所述漸變段外導體22設置為四棱臺結構，所述中間段外導體 21兩端連接有漸變段外導體22。
[0026] 如圖3-5所示，中間段外導體長度L0 = 152mm、寬度a = 152mm、高度b = 60mm，漸變段 外導體的長度LI =93mm、末端的寬度al = 50.7mm、末端的高度為bl = 20mm。中間段內導體寬 度w = 82mm，漸變段內導體末端的寬度為v = 25.6mm。
[0027] 由于橫電磁波小室的一端要連接50 Ω的匹配負載，所以在設計時，要盡可能地使 橫電磁波小室的特性阻抗Z0接近50 Ω，這樣能實現較好的阻抗匹配，使整體性能達到最優。 首先需要滿足中間段的阻抗匹配，也就是使中間段的特性阻抗Ζ1 = 50Ω，求出中間段內導 體的寬度w。然后要滿足橫電磁波小室整體的阻抗匹配，也就是使橫電磁波小室的特性阻抗 Ζ0 = 50 Ω，從而求出漸變段外導體末端的寬度a 1，漸變段外導體末端的高度b 1和漸變段內 導體末端的寬度為V。
[0028] 當中間段外導體的長、寬、高和厚度已確定，內導體的厚度t取1mm，那么需要求出 中間段阻抗匹配時，中間段內導體的寬度w。
[0029] 橫電磁波小室中間段的特征阻抗近似為
[0030] (. 1 ):
[0031]
[0032] ( 2 )
[0033] εο:磁導率 [0034] μ〇:介電常數
[0035] no:自由空間的特征阻抗，其值為120JT Ω
[0036] Co:以F/m為單位的單位長度分布電容
[0037]有公式（1)可知，當橫電磁波小室中間段的特征阻抗?: = 50 Ω的特征阻抗，那么對 (7. 1 ? τ 應的一一廠。已知a = 152mm，b = 60mm，根據公式(2)，可以得出則w ? 81.5mm。 ?〇 5
[0038] 為了實現更好的阻抗匹配，需要求出w的精確值。因此，在三維電磁仿真軟件(采用 三維直角坐標系下時域有限差分(FDTD)方法）中建立橫電磁波小室中間段的模型，將中間 段內導體寬度w設為變量，將w在80mm-85mm范圍內掃頻，可得出w與橫電磁波小室中間段特 性阻抗Ζι的關系圖。如圖6所示，當w = 82mm時，特性阻抗Ζι = 50 Ω。
[0039] 如圖7所示，當叾'橫電磁波小室的性能最佳，當窄邊bi = 20mm時，比較接近實 際，此時.? = :VX. | 義 5().67而《 .。因為！.'κ I .，所以當w = 82mm時，V. =. .w x.5 ?27..3.冊《' p 將漸 b w a a 變段內導體末端的寬度v設為變量，將v在27mm-30mm范圍內掃頻，可得出v與橫電磁波小室 特性阻抗Z的關系圖，當v = 25.6mm時，特性阻抗Ζ〇 = 50 Ω。
[0040] 如圖8所示，在三維電磁仿真軟件(采用三維直角坐標系下時域有限差分(FDTD)方 法）中建立橫電磁波小室的仿真模型，利用三維電磁仿真軟件計算其回波損耗S11，由S11曲 線圖可知，在0-3GHZ范圍內，SI 1小于-20dB。
[0041] 如圖9所示，利用三維電磁仿真軟件計算其插入損耗S21，由S21曲線圖可知，在0-3GHz范圍內，S21大于于-ldB。
[0042] 如圖10所示，利用三維電磁仿真軟件計算其駐波比VSWR，由S21曲線圖可知，在0-3GHz范圍內，VSWR小于1.25。
[0043]如圖11所示，由于橫電磁波小室結構上下對稱，只計算其上半腔的Ey。橫電磁波小 室可用側試區是受"1/3準則"區（可用側試區長度小于L/3、寬度小于a/3,高度小于h/3(h = b/2))限制，水平場分量遠遠小于垂直場分量，故可以忽略不計。僅考察內導體芯板與上板 間（即上半腔)垂直場分量Ey的分布情況，采用三維電磁仿真軟件計算出E y后，取z = 0mm，-a/ 6〈x〈a/6 (a = 152mm)時，y = 5mm，y = 15mm，y = 25mm 所對應的Ey，按以下公式對 Ey 歸一化： ￡； =2()lg^ (49)，其中Ε〇是內導體芯板與底板之間中心點的垂直場分量。由歸一化的曲 〇 線圖可知，當-&/6〈1〈&/6(& = 152111111)時，本專利橫電磁波小室的場均勾性小于2(18。
[0044] 如圖12所示，采用三維電磁仿真軟件計算出Ey后，取y= 15mm，-L/6〈z〈L/6(L = 338mm)時，x = 0mm，x=15mm，x = 30mm所對應的Ey，按以下公式對Ey歸一化： ￡>-20lg|L (?/Ζ?)，其中E?是內導體芯板與底板之間中心點的垂直場分量。由歸一化的曲 Eo 線圖可知，當-!76〈2〈176(1^ = 338111111)時，本專利橫電磁波小室的場均勾性小于1(113。
[0045]以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出：對于本技術領域的普通技術人 員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應 視為本發明的保護范圍。
【主權項】
1. 一種新型3GHz橫電磁波小室，包括內導體、外導體，其特征在于:所述內導體設置在 外導體內；所述內導體包括中間段內導體、漸變段內導體;所述中間段內導體設置為長方形 結構，所述漸變段內導體設置為等腰梯形結構，中間段內導體兩端連接有漸變段內導體;所 述外導體包括中間段外導體、漸變段外導體;所述中間段外導體設置為長方體結構，所述漸 變段外導體設置為四棱臺結構，所述中間段外導體兩端連接有漸變段外導體。2. 根據權利要求1所述的一種新型3GHz橫電磁波小室，其特征在于:所述中間段內導體 長度設置為152mm、寬度設置為82mm;所述漸變段內導體上邊長設置為25.6mm，下邊長設置 為82mm，高度設置為93mm。3. 根據權利要求1或2所述的一種新型3GHz橫電磁波小室，其特征在于:所述中間段外 導體長度設置為152mm、寬度設置為152mm、高度設置為60mm;所述漸變段外導體頂面長度設 置為50.7mm、寬度設置為20mm，底面長度設置為152mm、寬度設置為60mm，高度設置為93mm。4. 根據權利要求1所述的一種新型3GHz橫電磁波小室，其特征在于:所述內導體材質采 用厚度1mm的銅。5. 根據權利要求1所述的一種新型3GHz橫電磁波小室，其特征在于:所述外導體材質采 用厚度0.6mm的鋁。
【專利摘要】本發明公開了一種新型3GHz橫電磁波小室，包括內導體、外導體，所述內導體設置有外導體內；所述內導體包括中間段內導體、漸變段內導體；所述中間段內導體設置為長方形結構，所述漸變段內導體設置為等腰梯形結構，中間段內導體兩端連接有漸變段內導體；所述外導體包括中間段外導體、漸變段外導體；所述中間段外導體設置為長方體結構，所述漸變段外導體設置為四棱臺結構，所述中間段外導體兩端連接有漸變段外導體。本發明提供的一種新型3GHz橫電磁波小室，達到了改善工作區場分布均勻性、降低高次模影響及擴大工作頻段等目的。
【IPC分類】G01R31/00
【公開號】CN105652122
【申請號】
【發明人】萬發雨, 陳軍, 曹慧霞, 葛俊祥
【申請人】南京信息工程大學
【公開日】2016年6月8日
【申請日】2016年1月29日