同心锥形tem室及其传输段内外导体半夹角的设计方法
【技术领域】
[OOOU 本发明设及同屯、锥型TEM室。更具体地，设及一种同屯、锥形TEM室及其传输段内 外导体夹角的设计方法。
【背景技术】
[000引同屯、锥形TEM室就是一种基于标准场法的场强产生装置，与TEM室、GTEM室相比， 同屯、锥形TEM室可产生200MHz?40GHz宽频带的电磁场，可用于建立宽带场强校准系统， 满足场强探头的全频段、宽带扫频校准需求。同屯、锥TEM室，由美国国家标准与技术研究院 NIST最早于1999年研制，与同轴传输线类似，是一种双导体传输线，采用轴对称结构，由同 轴馈电、阻抗匹配段、传输段、终端负载及吸波材料等几部分组成，其结构示意图如图1所 示，同轴馈电为同屯、锥形TEM室提供输入功率，阻抗匹配段将同轴导线50 Q特性阻抗变换 到传输段特性阻抗，终端负载及吸波材料用于吸收电磁波，降低整个系统的驻波损耗，最终 在两个金属同屯、锥体之间的空腔内产生均匀的TEM波，形成可计算的标准场强。同屯、锥形 TEM室为了满足宽频带，内部为多模传输，传输段内外导体结构设计决定了高阶模的数量， 而同屯、锥形TEM室里高阶模数量越多对TEM室里的标准场强将影响越大，高阶模数量越少 同屯、锥形TEM室性能越好。同屯、锥形TEM室的性能还与高阶模截止频率有关，高阶模截止 频率越高，说明同屯、锥形TEM室所能用到的工作频率越宽，性能越好。所W在设计时，主要 考虑减少高阶模的数量，其次也要考虑提高高阶模的截止频率。同屯、锥形TEM室的尺寸结 构决定了没办法消除高阶模，只能尽可能的减少高阶模的数量，并在此基础上提高阶模的 截止频率。
[000引美国NIST设计的同屯、锥形TEM室传输段的内导体半夹角为目1= 1.895°，外导 体半夹角为02=10°，通过美国设计的同屯、锥结构尺寸，计算其高次模的截止波长如图 2所示，其高阶模的截止波长与馈电点到测试探头的距离r相关，在测试区内横截面方向外 导体半径减去内导体半径为0. 2m处测量馈电点到测试探头的距离r，并计算此处的高阶截 止频率，高阶模的截止频率如表1所示；
[0004] 表1同屯、锥形TEM室高阶模截止频率统计表
[0005]
【主权项】
1. 一种同心锥形TEM室，该TEM室包括阻抗匹配段，同轴双导体传输段，终端负载和吸 波材料，其特征在于， 同轴双导体传输段的内导体半夹角为1.5136°且外导体的半夹角为8°。
2. 根据权利要求1所述的同心锥形TEM室，其特征在于，该TEM室的传输段特性阻抗的 取值范围为75Q至125D。
3. 根据权利要求1所述的同心锥形TEM室，其特征在于，该TEM室的测试区径向空间约 为 0? 2mX0. 2mX0. 2m。
4. 一种同心锥形TEM室传输段内外导体半夹角的设计方法，其特征在于，该方法包括 如下步骤： 51、 根据该同心锥形TEM室传输段的使用要求，选择其特性阻抗Z。以及外导体半夹角 92与内导体半夹角0i之比0 2/91; 52、 根据选定的同心锥形TEM室传输段特性阻抗Z。和外内半夹角之比0 2/0i，计算不 同的同心锥形TEM室传输段内外导体半夹角所对应的同心锥形TEM室传输段的高阶模数 量，选取最少高阶模数量所对应的内外导体半夹角，作为该同心锥形TEM室传输段内外导 体半夹角。
5. 根据权利要求4所述的同心锥形TEM室传输段内外导体半夹角的设计方法，其特征 在于，该方法进一步包括步骤： 53、 根据该同心锥形TEM室传输段内外导体半夹角，计算该同心锥形TEM室传输段高阶 模截止频率，对比该同心锥形TEM室与现有同心锥形TEM室的性能。
6. 根据权利要求4所述的同心锥形TEM室传输段内外导体半夹角的计算方法，其特征 在于，所述步骤S1中同心锥形TEM室传输段特性阻抗Zc的取值范围为75D至125D。
7. 根据权利要求4所述的同心锥形TEM室传输段内外导体半夹角的设计方法，其特征 在于，所述步骤S1中同心锥形TEM室传输段特性阻抗Z。和其外导体半夹角0 2与内导体半 夹角9i之比9 2/9i的关系表示为公式：
公式中，r为馈电点到测试探头的距离，V(r)为测试探头处内外导体之间的电压；I(r) 为测试探头处内导体表面的电流；0i为内导体半夹角；0 2为外导体半夹角；e 内外导 体之间物质的相对介电常数；％为自由空间波阻抗。
8. 根据权利要求4所述的同心锥形TEM室传输段内外导体半夹角的设计方法，其特征 在于，所述步骤S2进一步包括如下子步骤： 根据选定的同心锥形TEM室传输段特性阻抗Z。和外内半夹角之比0 2/0i，采用Matlab的高阶模分析程序迭代计算不同的同心锥形TEM室传输段内外导体半夹角所对应的同心 锥形TEM室传输段的高阶模数量，选取最少高阶模数量所对应的内外导体半夹角，作为该 同心锥形TEM室传输段内外导体半夹角。
9. 根据权利要求5所述的同心锥形TEM室传输段内外导体半夹角的设计方法，其特征 在于，所述步骤S3进一步包括如下子步骤： S3. 1、根据该同心锥形TEM室传输段内外导体半夹角，计算该同心锥形TEM室传输段高 阶模的截止波长A。，公式如下：
公式中为馈电点到测试探头的距离；v为内外导体半夹角所对应的高阶模数量；S3. 2、根据测试区内横截面方向外导体半径减去内导体半径为0.2m处的高阶模的截 止波长A。，计算测试区内横截面方向外导体半径减去内导体半径为0. 2m处的高阶模的截 止频率f。，公式如下： 入 c=cfc 公式中，c为光速； S3. 3、对比该同心锥形TEM室传输段与现有同心锥形TEM室传输段相比测试区内横截 面方向外导体半径减去内导体半径为〇. 2m处的前几阶模次内高阶模的数量和截止频率。
【专利摘要】本发明公开一种同心锥形TEM室及其传输段内外导体半夹角的设计方法，该方法包括步骤：根据该同心锥形TEM室传输段的使用要求，选择其特性阻抗ZC以及外导体半夹角θ2与内导体半夹角θ1之比θ2/θ1；根据选定的同心锥形TEM室传输段特性阻抗ZC和外内半夹角之比θ2/θ1，计算不同的同心锥形TEM室传输段内外导体半夹角所对应的同心锥形TEM室传输段的高阶模数量，选取最少高阶模数量所对应的内外导体半夹角，作为该同心锥形TEM室传输段内外导体半夹角。本发明所述技术方案通过设计同心锥形TEM室传输段的内外导体半夹角，有效地减少了高阶模的数量且提高了高阶模截止频率，提高了同心锥形TEM室性能。
【IPC分类】G01R35-00
【公开号】CN104569889
【申请号】CN201410821001
【发明人】刘星汛, 齐万泉, 穆晨晨, 马蔚宇, 黄承祖, 闫旭红
【申请人】北京无线电计量测试研究所
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2014年12月24日