一种外导体开缝型的横电磁波小室的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种外导体开缝型的横电磁波小室，包括内导体和外导体，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，两端的所述渐变段外导体结构对称，所述中间段外导体和两端的渐变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有内导体，所述外导体材质为铝，所述内导体材质为铜；所述中间段外导体上设置有若干条等距离的纵向缝隙，所述纵向缝隙的长度、厚度均与所述中间段外导体的长度L0、厚度相等，所述纵向缝隙宽度为5mm。本实用新型所提供的一种外导体开缝型的横电磁波小室扩展了横电磁波小室的应用范围，提高了测试效率，有效降低了测试成本和生产成本。
【专利说明】
一种外导体开缝型的横电磁波小室
技术领域
[0001] 本实用新型涉及一种外导体开缝型的横电磁波小室，属于电磁兼容领域。
【背景技术】
[0002] 随着电子技术的高速发展，集成电路的工作频率不断提高，集成的晶体管数目也 在不断增加，而加工芯片的尺寸却在进一步减小，单个芯片集结了越来越多的功能。因此， 芯片间的电磁兼容显得尤为突出，IC的辐射发射试验也日趋重要。
[0003] 横电磁波小室是一种TEM波导装置，可以对EUT (受试设备）进行辐射发射测试， 也可以进行辐射抗挠度测试。进行辐射发射测试时，TEM小室接收EUT辐射的电磁波，将所 测到的电磁波信息输出到测试仪器。进行抗挠度测试时，TEM小室产生电磁场作用于EUT。 IEC61967-2标准规定了 IC辐射发射试验150KHz-lGHz的TEM小室法，而且FCC-TEM-JM1 系列标准的横电磁波小室横截面尺寸为152mmX99mm，纵向长度为338mm，可用频率从DC至 1GHz，被测物最大尺寸为6cmX6cmX lcm。但是集成电路的工作频率却越来越高，远远大于 2GHz。因此，提高横电磁波小室的上限可用频率是国内外研究的重要课题。 【实用新型内容】
[0004] 本实用新型所要解决的技术问题是提供一种外导体开缝型横电磁波小室，在不改 变FCC-TEM-JMl系列标准横电磁波小室整体结构和尺寸的前提下，将横电磁波小室的上限 可用频率扩展到3GHz。
[0005] 为解决以上技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种外导体开缝型的横电 磁波小室，包括内导体和外导体，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，两端的所述渐变段外导体结构对称，所述中间段外导体和两端的渐变段外 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有内导体，所述内导体为扁平 的芯板，包括长方形的中间段内导体和两端的梯形渐变段内导体，两端的所述渐变段内导 体结构对称；
[0006] 所述中间段外导体的宽度a、高度b及所述渐变段外导体末端的宽度ai、高度匕满
:述内导体长度与所述外导体长度L。相同，所述中间段内导体的宽度w和所述 渐变段内导体末端的宽度V滴
斤述中间段内导体和中间段外导体的特性阻抗Z1 =50Ω ；
[0007] 所述外导体材质为铝，所述内导体材质为铜；所述中间段外导体上设置有若干条 等距离的纵向缝隙，所述纵向缝隙的长度、厚度均与所述中间段外导体的长度L。、厚度相 等，所述纵向缝隙宽度为5mm〇
[0008] 所述外导体、内导体、纵向缝隙的厚度均为1mm。
[0009] 所述中间段外导体长度L。= 152mm、宽度a = 152mm、高度b = 99mm。
[0010] -端所述渐变段外导体的长度L1= 93mm，所述渐变段外导体末端的宽度a 1 = 30. 4mm,高度 Id1= 19. 8mm ；
[0011] 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 〇
[0012] 所述中间段外导体的上下面上设置有8条所述纵向缝隙，前后面上设置有5条所 述纵向缝隙。
[0013] 本实用新型的有益效果在于：在三维电磁仿真软件（采用三维直角坐标系下时域 有限差分方法）中建立外导体开缝型的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，最后对横电磁波小室的电场均匀性进行 分析，可得驻波比VSWR小于1. 5,场均匀度小于2dB，Sll小于-15dB，S21大于-2dB ;即通 过在外导体上开缝，可以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。
[0014] 本实用新型尺寸与FCC-TEM-JMl系列标准横电磁波小室相同，因此本实用新型不 仅将上限工作频率扩展到3GHz，而且能够兼容FCC-TEM-JMl系列标准的横电磁波小室的 IOcmX IOcm 测试板。
[0015] 因此，本实用新型所提供的一种外导体开缝型的横电磁波小室扩展了横电磁波小 室的应用范围，提高了测试效率，有效降低了测试成本和生产成本。
【附图说明】
[0016] 图1为FCC-TEM-JMl系列标准的横电磁波小室的立体图；
[0017] 图2为本实用新型的立体图；
[0018] 图3为本实用新型的分解图；
[0019] 图4为本实用新型的整体俯视图；
[0020] 图5为本实用新型的内导体俯视图；
[0021] 图6为本实用新型的主视图；
[0022] 图7为本实用新型的左视图；
[0023] 图8为中间段内导体宽度w与中间段特性阻抗Zl的关系图；
[0024] 图9为横电磁波小室渐变段内导体末端的宽度V与整体特性阻抗Z。的关系图；
[0025] 图10为本实用新型的仿真的回波损耗Sll曲线图；
[0026] 图11为本实用新型的仿真的插入损耗损耗S21曲线图；
[0027] 图12为本实用新型的仿真的驻波比VSWR曲线图；
[0028] 图13为本实用新型不同高度处电场垂直分量归一化曲线图；
[0029] 图14为本实用新型不同宽度处电场垂直分量归一化曲线图。
【具体实施方式】
[0030] 下面结合附图对本实用新型作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本 实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。
[0031] 如图2至7所不的一种外导体开缝型的横电磁波小室，包括内导体1和外导体2， 所述外导体2包括长方体形的中间段外导体21和两端的锥形渐变段外导体22,两端的所述 渐变段外导体22结构对称，所述中间段外导体21和两端的渐变段外导体22组合成一个闭 合的小室，所述小室的空腔中沿轴向设置有内导体1，所述内导体1为扁平的芯板，包括长 方形的中间段内导体11和两端的梯形渐变段内导体12,两端的所述渐变段内导体12结构 对称；
[0032] 所述中间段外导体21的宽度a、高度b及所述渐变段外导体22末端的宽度ai、高 度匕满足
所述内导体1长度与所述外导体2长度L。相同，所述中间段内导体11的 宽度w和所述渐变段内导体12末端的宽度V满足所述中间段内导体11和中间段 外导体21的特性阻抗Z1= 50 Ω ;
[0033] 所述外导体2材质为铝，所述内导体1材质为铜；所述中间段外导体21上设置有 若干条等距离的纵向缝隙，所述纵向缝隙的长度、厚度均与所述中间段外导体21的长度L。、 厚度相等，所述纵向缝隙宽度为5mm。
[0034] 所述外导体2、内导体1、纵向缝隙的厚度均为1mm。
[0035] 所述中间段外导体21长度L。= 152mm、宽度a = 152mm、高度b = 99mm。
[0036] -端所述渐变段外导体22的长度L1= 93mm，所述渐变段外导体22末端的宽度a i =30. 4mm,高度 Id1= 19. 8mm ；
[0037] 所述中间段内导体11的宽度w= 114. 6mm，所述渐变段内导体12末端的宽度为v =21. 35mm〇
[0038] 所述中间段外导体21的上下面上设置有8条所述纵向缝隙，前后面上设置有5条 所述纵向缝隙。
[0039] 图8为本实用新型中间段内导体宽度w与中间段特性阻抗关系图，由于横电 磁波小室的一端要连接50 Ω的匹配负载，所以在设计横电磁波小室时，要尽可能地使横电 磁波小室的特性阻抗Z。接近50 Ω，这样才是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Z 1=SOQ, 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Imm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。
[0040] 横电磁波小室中间段的特征阻抗近似为
[0041 ]
[0042]
[0043] (2)
[0044] ε。:磁导率
[0045] μ。:介电常数
[0046] η。:自由空间的特征阻抗，其值为120 JT Ω
[0047] C。:以F/m为单位的单位长度分布电容
[0048] 由公式⑴可知，当横电磁波小室中间段的特征阻抗Z1= 50 Ω的特征阻抗，那么 ζ-y. 1 对应的一5·=二厂.s已知a = 152謹，b = 99謹，根据公式（2)，可以得出则w~114謹。 ￡·〇 ^
[0049] 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I IOmm-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8所示，当w = 114. 6_ 时，特性阻抗Z1= 50 Ω。
[0050] 图9为本实用新型渐变段内导体末端的宽度V与整体特性阻抗Z。的关系 图，当横电磁波小室的性能最佳，当窄边bl = 19. 8mm时，比较接近实际，此时 珥=? X夺=3〇,4卿因为I ? I，所以当w = 114. 6mm时，V = w X 5=22.86/腦。将渐变段 t? W .0 Cl 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9所示，当V = 21. 35mm时，特性阻抗Z。= 50 Ω。
[0051] 图10为本实用新型仿真的Sll曲线图，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的仿真模型，利用三维电磁仿真软件 计算其回波损耗S11，由Sll曲线图可知，在0-3GHz范围内，Sll小于-20dB。
[0052] 图11为本实用新型仿真的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-2dB。
[0053] 图12为本实用新型仿真的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1.5。
[0054] 图13为本实用新型不同高度的电场水平分量的曲线图，FCC-TEM-JM1系 列标准的横电磁波小室的被测物最大尺寸为60mmX 60mX 10mm，可用侧试空间 为-30mm〈x〈30mm，-30mm〈z〈30mm，20mm〈y〈30mm。由于横电磁波小室结构上下对称，只计算其 上半腔的Ey，而且水平场分量远远小于垂直场分量，故可以忽略不计。所以仅考察内导体芯 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Ey后， 取 z = 0mm，-30mm〈x〈30mm 时，y = 20mm, y = 25mm, y = 30mm 所对应的 Ey，按以下公式对 Ey 归一化：A=2〇igy (?/β)，其中E。是内导体芯板与底板之间中心点的垂直场分量。由归 一化的曲线图可知，当20mm〈y〈30mm，-30mm〈x〈30mm时，本实用新型的场均勾性小于2dB〇
[0055] 图14为本实用新型不同宽度处电场垂直分量归一化曲线图，由于横电磁波小室 结构前后对称，所以只需计算前半腔的Ey。采用三维电磁仿真软件计算出匕后，取y = 25mm, -30mm<z<30mm 时，x = Omm, x = 15mm, x = 30mm 所对应的 Ey，按以下公式对 Ε』Ξ| - 化：￡、_=201g# (@)，其中ε。是内导体芯板与底板之间中心点的垂直场分量。由归一化 ' K 的曲线图可知，当-30mm〈x〈30, -30mm〈z〈30mm时，本实用新型的场均勾性小于2dB。
[0056] 以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，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技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改 进和变形也应视为本实用新型的保护范围。
【主权项】
1. 一种外导体开缝型的横电磁波小室，其特征在于：包括内导体和外导体， 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，两端的所述渐 变段外导体结构对称，所述中间段外导体和两端的渐变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有内导体，所述内导体为扁平的芯板，包括长方形的中间段 内导体和两端的梯形渐变段内导体，两端的所述渐变段内导体结构对称； 所述中间段外导体的宽度a、高度b及所述渐变段外导体末端的宽度ai、高度bi满足5所述内导体长度与所述外导体长度L。相同，所述中间段内导体的宽度w和所述渐 变段内导体末端的宽度v满足$所述中间段内导体和中间段外导体的特性阻抗Z1 = 50 Q ； 所述外导体材质为铝，所述内导体材质为铜；所述中间段外导体上设置有若干条等距 离的纵向缝隙，所述纵向缝隙的长度、厚度均与所述中间段外导体的长度L。、厚度相等，所 述纵向缝隙宽度为5mm〇2. 如权利要求1所述的一种外导体开缝型的横电磁波小室，其特征在于：所述外导体、 内导体、纵向缝隙的厚度均为lmm〇3. 如权利要求1所述的一种外导体开缝型的横电磁波小室，其特征在于：所述中间段 外导体长度LQ= 152mm、宽度a = 152mm、高度b = 99mm。4. 如权利要求3所述的一种外导体开缝型的横电磁波小室，其特征在于：一端所述 渐变段外导体的长度I^= 93mm，所述渐变段外导体末端的宽度a 30. 4mm，高度b i = 19. 8mm ；5. 如权利要求4所述的一种外导体开缝型的横电磁波小室，其特征在于：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。6. 如权利要求5所述的一种外导体开缝型的横电磁波小室，其特征在于：所述中间段 外导体的上下面上设置有8条所述纵向缝隙，前后面上设置有5条所述纵向缝隙。
【文档编号】G01R31/00GK205427058SQ201520881647
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2015年11月6日
【发明人】万发雨, 陈军
【申请人】南京信息工程大学