一种横电磁波室阻抗匹配方法和装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种电磁场测试领域，特别涉及一种用于同心锥形横电磁波(TEM)室 的阻抗匹配方法和装置。
【背景技术】
[0002] 同心锥形TEM室，是一种基于标准场法的场强产生装置，具有很宽的工作频带。同 心锥形TEM室的阻抗匹配装置是将馈电处的同轴线50 Ω阻抗匹配到同心锥形TEM传输段的 特性阻抗，目前将同轴结构与锥形结构相连的阻抗匹配装置通常采用多节阻抗渐变，此种 多节阻抗变换方式通常只能用于较窄工作带宽的阻抗匹配设计，尽管节数越多能匹配的带 宽越宽，但是同时能量损失越大。虽然K渐变能使阻抗匹配装置长度最短，但仍由于存在物 理不连续面，严重影响高频性能。对于宽带TEM室工作频段200MHz~40GHz范围的阻抗匹配 性能不能满足全频段内驻波小于1.2的要求。
【发明内容】
[0003] 本发明提出一种TEM室阻抗匹配方法和装置，解决传统阻抗匹配方法不能在全频 段实现阻抗匹配的不足，能够实现在TEM室工作频段范围内，全频段内驻波小于1.2的要求。
[0004] 本发明提出的TEM室阻抗匹配装置，细部连接于同轴段，宽部连接于TEM室传输段， 包含内导体和外导体，所述内导体和所述外导体与同轴段相连接的部位为不连续面，其中， 所述内导体的母线和/或所述外导体的母线为带斜率的指数渐变线。
[0005] 作为本发明进一步优化的方案，所述内、外导体的不连续面之间存在距离。
[0006] 作为本发明的最佳实施例，所述内导体在其不连续面处半径rQ1 = 0.635,所述外导 体在其不连续面处半径r〇2 = 1.46mm，所述内导体母线的指数项系数ki = -0.015、所述内导 体母线的斜率Μ = 0.054、所述外导体母线的指数项系数k2 = -0.038、所述外导体母线的斜 率b2 = 0.142、所述内、外导体的不连续面之间的距离x〇 = 0.707mm。
[0007] 本发明的TEM室的阻抗匹配方法，包含以下步骤：
[0008] 建立阻抗匹配装置结构参数化模型，包含同轴段内、外导体半径m、rQ2,长度L〇,阻 抗匹配装置长度L，传输段内导体半角度Θ:，外导体半角度0 2，传输段长度Ll。
[0009]设置阻抗匹配装置的边界条件和材料参数，内、外导体的材料为铝，背景材料为空 气，两端口均设置为波导端口，设置边界条件为开放边界。
[0010]用带斜率的指数渐变线作为内导体和/或外导体母线形状，通过调整内、外导体斜 率和指数项系数仏1、131、1?、132)改变内、外导体母线形状，对电磁场进行仿真计算，以5参数 为优化目标，直至得出最佳系数。
[0011] 作为本发明进一步优化的实施例，调整内、外导体不连续面之间的距离XQ，以S参 数为优化目标，直至得出最佳距离。
[0012] 本发明有益效果如下：
[0013] 本发明与现有的匹配装置相比主要创新在于，本发明实施例采用带斜率的指数渐 变线方式实现阻抗渐变结构的匹配方法连接不同阻抗的部件，能提高匹配的电性能。本发 明还提出一种阻抗匹配方法，使工作频段内的驻波减小。避免采用多节阻抗变换的方式带 宽较窄的缺陷。虽然K渐变能使阻抗匹配装置长度最短，但存在物理不连续面，如果不加阻 抗补偿措施，将严重影响高频性能，因此指数渐变也克服了 K渐变的缺陷。内外导体的不连 续面之间存在距离，也有利于降低同心锥的驻波性能。在本发明的最佳实施例中，所述阻抗 匹配装置用于连接50 Ω阻抗的同轴和具有75 Ω或100 Ω特性阻抗的锥形TEM室，使得电磁波 传输过程中回波少，能量损失少，驻波在工作频段内小于1.2。
【附图说明】
[0014] 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使 用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本 领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其 他的附图。
[0015] 图1是同心锥形TEM室结构示意图；
[0016] 图2是现有技术50Ω同轴线匹配到5Ω锥形线的匹配方式；
[0017]图3是内、外导体母线轮廓图；
[0018] 图4是CST仿真模型图；
[0019]图5是内、外导体母线轮廓图的最佳实施例；
[0020]图6是连接效果图；
[0021] 图7是匹配较差的腔体内电磁场分布图(频率15GHz);
[0022] 图8是本发明阻抗匹配装置腔体内电磁场云图（频率15GHz);
[0023] 图9是阻抗匹配装置200MHz-40GHz驻波比曲线。
【具体实施方式】
[0024]为了实现本发明的目的，本发明实施例中提供了一种TEM室的阻抗匹配方法和装 置，目的在于满足TEM室工作频段范围内，全频段内驻波较小的要求。下面结合说明书附图 对本发明各个实施例作进一步地详细描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分 实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创 造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0025]图1是同心锥形TEM室结构示意图。同心锥形TEM室与同轴传输线类似，是一种特殊 的双导体传输线，采用轴对称结构，由同轴段、阻抗匹配装置、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，TEM室阻抗匹配装置，细部连接于同轴段，宽部连 接于TEM室传输段，包含内导体和外导体，所述内导体和所述外导体与同轴段相连接的部位 为不连续面。同轴段为同心锥形TEM室提供输入功率，阻抗匹配装置将同轴导线50 Ω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，最终在两个金属同心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。由 于其特征阻抗只与自身结构系数相关，与传输电磁波的频率无关，因此能实现宽频带的场 强校准。
[0026]图2是现有技术50 Ω同轴线匹配到5 Ω锥形线的匹配方式，作为阻抗匹配的一种常 用设计方法，50 Ω同轴线通过两段长度分别为h，l2,芯线半径分别为&1，&2的阻抗匹配节， 将阻抗变换到锥形线的特性阻抗5 Ω。
[0027]本发明实施例提出的TEM室阻抗匹配方法，是特别针对同心锥形TEM室提出的。原 理是通过新的阻抗渐变方式，使得将具有不同阻抗的同轴和锥形TEM室两部分连接后的系 统电磁波传输反射小，能量损失小，电性能较好。包含以下步骤：
[0028] 第一步:建立阻抗匹配装置结构参数化模型。
[0029] 图3是内、外导体母线轮廓图。所述母线，是指内、外导体在阻抗匹配装置纵向剖面 图中所显示的轮廓线。阻抗匹配装置连接同轴段与传输段，同轴段内、外导体半径为r 01、 r〇2,长度为Lo,阻抗匹配装置的长度为L，传输段内导体半角度为0:，外导体半角度θ2。传输段 可以用相同阻抗的同轴代替，假设长度为Li。模型系数如下表1所示：
[0030] 表1传输段设计仿真模型系数表
[0031]
[0032] 第二步:设置阻抗匹配装置的边界条件和材料参数。其仿真模型如图4所示，同心 锥内外导体的材料为铝，背景材料为空气，两端口均设置为波导端口，设置边界条件为开放 边界。
[0033]第三步:通过计算S参数，优化阻抗匹配装置的形状。
[0034] 用带斜率的指数渐变线作为内外导体母线形状(例如公式1~2的方程所表示）。由 于斜率和指数项系数可以加速阻抗变化，起调节的作用。通过调整内外导体斜率和指数项 系数仏 1、131、1?、132)改变内外导体母线形状，对电磁场进行仿真计算，以5参数为优化目标， 直至得出最佳系数。
[0035] 作为本发明进一步优化的实施例，进一步地，调整内、外导体不连续面之间的距离 xo，以S参数为优化目标，直至得出最佳距离。
[0036] 由于仿真主要关心阻抗匹配装置的