一种外导体加载电阻的开缝型横电磁波小室的制作方法

本实用新型属于电磁兼容技术领域，具体是涉及一种外导体加载电阻的开缝型横电磁波小室。

背景技术：

随着集成电路工艺尺寸日益变小，以及工作频率的日益提高，集成电路的电磁兼容性越来越突出。电磁骚扰小的集成电路更有利于整机产品的电磁兼容设计，可以减少系统设计的负担，降低滤波和屏蔽的代价。因此，开展集成电路的电磁兼容检测是必不可少的。

使用横电磁波小室法进行集成电路辐射发射的测量在电磁兼容测试中应用较为广泛，它是一种以横电磁波小室为基础建立起来的电磁骚扰测量方法。该横电磁波小室其实是一个变型的同轴线，在小室中部，由一块扁平的芯板作为内导体，外导体为方形，两端呈锥形向通用的同轴器件过渡。IEC61967-2规定了通用横电磁波小室的横截面尺寸为6cm*6cm*1cm。但是随着集成电路的工作频率却越来越高，横电磁波小室的上限频率已经无法满足集成电路电磁兼容检测的需要。因此，提高横电磁波小室的上限可用频率对集成电路的电磁兼容检测具有重大的研究意义。

在专利“CN201520883355”中，提出了一种新型宽带横电磁波小室，如图1所示，该小室包括外导体1’和内导体2’，如图2所示的装置部件分解图，外导体1’包括长方体形的中间段外导体11’和两端的锥形渐变段外导体12’，中间段外导体11’和两端的锥形渐变段外导体12’组合成一个闭合的小室，在小室的空腔中沿轴向设置有内导体2’，中间段外导体1’采用单层PCB板，该单层PCB板包括介质板和铜皮层，在该铜皮层上纵向方向上设置有若干条等距离的纵向缝隙13’，该纵向缝隙13’的长度与中间段外导体11’的长度相等，该纵向缝隙13’的厚度与铜皮层的厚度相等，该纵向缝隙13’的宽度为5mm，通过采用单层PCB板作为外导体，并在外导体上开缝，该新型宽带横电磁波小室有效抑制了横电磁波小室的高次模和谐振的产生并扩大了工作频段。但是在集成电路的工作频率越来越高，现阶段对集成电路电磁兼容检测的可靠性要求也越来越高的情况下，需要对该新型宽带横电磁波小室进行进一步的扩展，才能满足更高的检测需求。

技术实现要素：

为解决上述问题，本实用新型公开了一种外导体加载电阻的开缝型横电磁波小室，能够达到改善工作区场分布均匀性、降低高次模影响及扩大工作频段等效果。

为了达到以上目的，本实用新型提供如下技术方案：外导体加载电阻的开缝型横电磁波小室，包括外导体和内导体，所述外导体包括长方体形的中间段外导体和两端的锥形渐变段外导体，两端的锥形渐变段外导体结构对称，两端的锥形渐变段外导体和中间段外导体组合成一个闭合的小室，所述小室的空腔中沿轴向设置所述内导体，所述内导体包括长方形的中间段内导体和设于所述中间段内导体两端的梯形渐变段内导体，两端的梯形渐变段内导体结构对称，所述中间段外导体的四个面上均设置有若干条等距离的纵向缝隙，在每条缝隙内等距离地设置一组电阻。

进一步地，所述电阻的数量为5个。

进一步地，所述电阻采用阻值为200Ω的贴片电阻。

进一步地，所述中间段外导体的上、下面上设置的纵向缝隙为8条，所述中间段外导体的前、后面上设置的纵向缝隙为5条。

进一步地，所述缝隙的长度为152mm，宽度为5mm，厚度为1mm。

进一步地，所述中间段外导体的宽度a、高度b以及所述渐变段外导体末端的宽度a₁、高度b₁满足所述中间段内导体的宽度w和渐变段内导体末端的宽度v满足所述外导体的长度和内导体的长度相同，所述中间段内导体和中间段外导体的特性阻抗Z₁＝50Ω。

进一步地，所述中间段外导体的长度L₀＝152mm，宽度a＝152mm，高度b＝99mm，所述渐变段外导体的长度L₁＝93mm，宽度a₁＝30.4mm，高度b₁＝19.8mm，所述中间段内导体的宽度w＝114.6mm，所述渐变段内导体末端的宽度为v＝21.35mm。

进一步地，所述外导体的厚度为1mm，采用铝材质制作而成。

进一步地，所述内导体的厚度为1mm，采用铜材料制作而成。

本实用新型与现有技术比较，具有的优点是：

1、本专利通过外导体开缝并在缝隙上添加电阻的方法来抑制横向电流，达到抑制高次模并提高上限可用频率的效果，对横电磁波小室中间段外导体等距离地开纵向缝隙，并在这每条缝隙内都等距离地添加一组电阻，这样可以抑制横向电流，从而抑制高次模的产生，可将横电磁波小室的上限可用频率扩展到3GHz；

2、在不改变IEC61967-2规定的横电磁波小室大小和测试板尺寸的情况下，通过实验验证当在缝隙内添加电阻时，各实验结果显示性能更加优越，从而进一步达到工作区场分布均匀性、降低高次模影响及扩大工作频段等效果。

附图说明

图1是专利“CN201520883355”提出的新型宽带横电磁波小室立体图。

图2是专利“CN201520883355”提出的新型宽带横电磁波小室的部件分解图。

图3是外导体加载电阻的开缝型横电磁波小室的结构示意图。

图4是外导体加载电阻的开缝型横电磁波小室的装置分解图。

图5是外导体加载电阻的开缝型横电磁波小室的外导体的俯视图。

图6是外导体加载电阻的开缝型横电磁波小室的外导体的主视图。

图7是外导体加载电阻的开缝型横电磁波小室的内导体的俯视图。

图8是外导体加载电阻的开缝型横电磁波小室的左视图。

图9是本实用新型装置的中间段内导体宽度w与中间段特性阻抗Z₁的关系图。

图10是本实用新型装置的渐变段内导体末端的宽度v与整体特性阻抗Z₀的关系图。

图11是外导体加载电阻的开缝型横电磁波小室的仿真模型图。

图12是本实用新型的仿真的回波损耗S11曲线图。

图13是本实用新型的仿真的插入损耗损耗S21曲线图。

图14是本实用新型的仿真的驻波比VSWR曲线图。

图15是本实用新型不同高度处电场垂直分量归一化曲线图。

图16是本实用新型不同宽度处电场垂直分量归一化曲线图。

附图标注说明：

1、外导体；2、内导体；3、缝隙；4、电阻；11、中间段外导体；12、渐变段外导体；21、中间段内导体；22、渐变段内导体。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本实用新型，应理解下述具体实施方式仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。

本实用新型提出的外导体加载电阻的开缝型横电磁波小室，在不改变IEC61967-2规定的横电磁波小室整体结构和尺寸的前提下，对该横电磁波小室进行改造；

IEC61967-2规定的横电磁波小室，其实就是一个变型的同轴线，在此同轴线中部，由一块扁平的芯板作为内导体，外导体中间段为腔体，两端呈锥形向通用的同轴器件过渡；如图1或3所示，均为在不改变IEC61967-2规定的横电磁波小室整体结构和尺寸的前提下，对该横电磁波小室进行改造，IEC61967-2规定的横电磁波小室磁波小室横截面尺寸为152mm*99mm，纵向长度为338mm，可用频率从DC至1GHz，被测物最大尺寸为6cm×6cm×1cm。

如图3和4所示，外导体加载电阻的开缝型横电磁波小室，包括外导体1和内导体2，所述外导体1包括长方体形的中间段外导体11和两端的锥形渐变段外导体12，两端的锥形渐变段外导体12结构和尺寸均相同，两端的锥形渐变段外导体12在中间段外导体11两端对称放置并与中间段外导体11组合形成一个闭合式的小室，该小室的空腔中沿轴向设置所述内导体2，所述内导体2包括长方形的中间段内导体21和设于所述中间段内导体21两端的梯形渐变段内导体22，两端的梯形渐变段内导体22结构对称和尺寸均相同，所述中间段外导体11的四个面上均设置有若干条等距离的纵向缝隙，在本实用新型实施例中，所述中间段外导体11的上、下面均设置有8条等距离的缝隙，所述中间段外导体11的前、后面上均设置有5条等距离的缝隙，该纵向缝隙的长度为152mm，宽度为5mm，厚度为1mm，最后在每条缝隙内等距离地设置有一组电阻，该电阻可采用阻值为200Ω的贴片电阻，在每条缝隙内设置的电阻数量可以根据具体需要来安排，参照图3、4所示，在每条缝隙内设置的电阻数量为5个；

如图5、6和7所示，所述中间段外导体11的宽度a、高度b以及所述渐变段外导体12末端的宽度a₁、高度b₁满足所述中间段内导体21的宽度w和渐变段内导体22末端的宽度v满足所述外导体1的长度和内导体2的长度相同，所述中间段外导体11的长度L₀＝152mm，宽度a＝152mm，高度b＝99mm，所述渐变段外导体12的长度L₁＝93mm，宽度a₁＝30.4mm，高度b₁＝19.8mm，所述中间段内导体的宽度w＝114.6mm，所述渐变段内导体22末端的宽度为v＝21.35mm，所述外导体1的厚度为1mm，采用铝材质制作而成，所述内导体2的厚度为1mm，采用铜材料制作而成，如图8所示，为外导体加载电阻的开缝型横电磁波小室的左视图；所述中间段内导体21和中间段外导体11的特性阻抗选取Z₁＝50Ω；

对横电磁波小室工作频率影响较大的高次模主要是TE模，即纵向磁场分量H_z的影响较大，而H_z与电流密度J_s的关系为：其中J_s为沿横向方向的电流密度，因此，通过抑制横向电流可以减少纵向磁场分量，从而抑制TE高次模的产生；本专利通过外导体开缝并在缝隙上添加电阻的方法来抑制横向电流，以达到抑制高次模并提高上限可用频率的效果，本专利可将横电磁波小室的上限可用频率扩展到3GHz；

在三维电磁仿真软件(采用三维直角坐标系下时域有限差分(FDTD)方法)中建立外导体加载电阻开缝型横电磁波小室的仿真模型，利用三维电磁仿真软件计算其回波损耗S11、插入损耗S21和驻波比VSWR，最后对外导体加载电阻开缝型横电磁波小室的电场均匀性进行分析。

如图9所示，为实验得出的本实用新型装置的中间段内导体宽度W与中间段特性阻抗Z₁的关系图，由于横电磁波小室的两端成锥形并逐渐过渡到50Ω的N型接头，所以在设计本实用新型的横电磁波小室时，要尽可能地使横电磁波小室的特性阻抗Z₀接近50Ω，这样才能实现较好的阻抗匹配，横电磁波小室的整体性能才能达到最优。首先需要满足中间段的阻抗匹配，也就是使中间段的特性阻抗Z₁＝50Ω，中间段外导体的长、宽、高和厚度都已确定，而且内导体的厚度t取1mm比较接近实际情况，那么需要求出中间段阻抗匹配时，中间段内导体的宽度w。

横电磁波小室中间段的特征阻抗近似为

$Z_1=\frac{\sqrt{{\mathrm{\ϵ}}_0{\mathrm{\μ}}_0}}{C_0}=\frac{{\mathrm{\ϵ}}_0{\mathrm{\η}}_0}{C_0}---\left(1\right)$

单位长度分布电容C₀的近似表达式为

$\frac{C_0}{{\mathrm{\ϵ}}_0}=4\[\frac{w}{b}+\frac{2}{\mathrm{\π}}ln(1+\coth \frac{\mathrm{\π}(a-w)}{4b})\],(a\≥b,w\≥\frac{1}{2}b)---\left(2\right)$

ε₀：磁导率

μ₀：介电常数

η₀：自由空间的特征阻抗，其值为120πΩ

C₀：以F/m为单位的单位长度分布电容

有公式(1)可知，当横电磁波小室中间段的特征阻抗Z₁＝50Ω的特征阻抗，那么对应的已知a＝152mm，b＝99mm，根据公式(2)，可以得出则w≈114mm。

为了实现更好的阻抗匹配，需要求出w的精确值。因此，在三维电磁仿真软件中建立本实用新型的横电磁波小室中间段的模型，将中间段内导体宽度w设为变量，将w在110mm-115mm范围内扫频，可得出w与横电磁波小室中间段特性阻抗Z₁的关系图。如图9所示，当w＝114.6mm时，特性阻抗Z₁＝50Ω；

图10是本实用新型装置的渐变段内导体末端的宽度v与整体特性阻抗Z₀的关系图，当横电磁波小室的性能最佳。考虑到横电磁波两端为50Ω的N型接头，假设窄边b₁＝19.8mm，这样比较接近实际，此时因为所以当w＝114.6mm时，将渐变段内导体末端的宽度v设为变量，将v在20mm-25mm范围内扫频，可得出v与横电磁波小室特性阻抗Z的关系图,如图10所示，当v＝21.35mm时，特性阻抗Z₀＝50Ω；

图11是外导体加载电阻的开缝型横电磁波小室的仿真模型图，在三维电磁仿真软件(采用三维直角坐标系下时域有限差分(FDTD)方法)中建立横电磁波小室仿真模型，三维直角坐标系的原点在横电磁波小室中心对称点上，x方向为该模型横截面的水平方向，y方向为该模型横截面的垂直方向，z方向为该模型的水平方向，在中间段外导体上等距离地分布纵向缝隙，缝隙长度为152mm，宽度为5mm,厚度为1mm，外导体上下宽边开8条缝隙，前后两侧窄边开5条缝隙，并在这每条缝隙上都等距离地添加5个阻值为200的贴片电阻；

图12是本实用新型装置的仿真的回波损耗S11曲线图，利用三维电磁仿真软件计算其回波损耗S11，由S11曲线图可知，在0-3GHz范围内，S11小于-19dB；

图13是本实用新型的仿真的插入损耗损耗S21曲线图，利用三维电磁仿真软件计算其插入损耗S21，由S21曲线图可知，在0-3GHz范围内，S21大于-1dB；

图14是本实用新型的仿真的驻波比VSWR曲线图，利用三维电磁仿真软件计算其驻波比VSWR，由S21曲线图可知，在0-3GHz范围内，VSWR小于1.3；

图15是本实用新型不同高度处电场垂直分量归一化曲线图，IEC61967-2规定的横电磁波小室磁波小室的被测物最大尺寸为60mm×60m×10mm，即可用测试空间为-30mm<z<30mm，-30mm<x<30mm，20mm<y<30mm。因为横电磁波小室结构是上下对称的，电场分布也是上下对称的，而且水平场分量远远小于垂直场分量，故可以忽略不计，所以只需计算其内导体芯板与上板间(即上半腔)垂直场分量E_y的分布情况，采用三维电磁仿真软件计算出E_y后,取z＝0mm，-30mm<x<30mm时，y＝20mm,y＝25mm，y＝30mm所对应的E_y，按照公式对E_y(V/m)的值进行归一化，其中E₀是内导体芯板与底板之间中心点的垂直场分量，归一化的曲线如图15所示，当20mm<y<30mm，-30mm<x<30mm时，本专利装置是的横电磁波小室的场均匀性小于2dB；

图16是本实用新型不同宽度处电场垂直分量归一化曲线图，因为横电磁波小室结构是前后对称的，所以只需计算其前半腔垂直场分量E_y的分布情况。采用三维电磁仿真软件计算出E_y后，取y＝25mm，-30mm<z<30mm时，x＝0mm，x＝15mm，x＝30mm所对应的E_y，按照公式对E_y(V/m)的值进行归一化，其中E₀是内导体芯板与底板之间中心点的垂直场分量，归一化的曲线如图16所示，当-30mm<x<30，-30mm<z<30mm时，本专利的横电磁波小室的场均匀性小于2dB；

对横电磁波小室工作频率影响较大的高次模主要是TE模，即纵向磁场分量H_z的影响较大，而H_z与电流密度J_s的关系为：其中J_s为沿横向方向的电流密度，因此，通过抑制横向电流可以减少纵向磁场分量，从而抑制TE高次模的产生；本专利通过外导体开缝并在缝隙上添加电阻的方法来抑制横向电流，以达到抑制高次模并提高上限可用频率的效果，本专利可将横电磁波小室的上限可用频率扩展到3GHz。

本实用新型方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。