一种开域型横电磁波传输室阻抗匹配结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种开域型横电磁波阻抗匹配结构，属于电磁兼容领域，用于1kHz?300MHz的连续波敏感度实验以及50kV/m高压脉冲敏感度实验。
【背景技术】
[0002]TEM室是国内外近年来发展的一种新型电磁屏蔽和电磁兼容设备。它首先由美国国家标准局于1974年研制成功用作电场标准。由于其性能和功能均远优于一般屏蔽室，因此后来在国外很快获得极其广泛的应用。它的基本原理是在室内的内、外导体板(做成二块平行板)间能产生一横向电磁波(平面波场)，就像一般同轴电缆中电磁场分布一样，既很均匀又可以准确算出其场强值，因此可以非常方便地用于计量、测试、检测等场合。
[0003]传统TEM室为封闭式结构，外导体是一个封闭金属腔体，将内导体包围起来，受试品通过外导体侧面上的小窗口放入受试空间。其优点是电磁能量外泄少，电场可以调整的比较均匀；缺点是放置受试品不方便，不能直观的观测到受试品受到干扰后产生的现象，主要用于低压连续波敏感度实验，一般不能耐受1kV高电压，不能用于50kV/m高压脉冲敏感度实验。
[0004]开域型TEM室可以看作是结合了平行板传输线(也称有界波)和封闭式TEM室的优点而发展的一种新型测试装置，具有电场均匀、放取受试品方便、观察直观等优点。但开域型TEM室由于其本身的结构限制，难于在驻波比小于1.5的条件下同时开展GJB151A中的RS103低电压连续波和RS105高电压脉冲两项辐射敏感度实验。
【发明内容】
[0005]本实用新型的目的是提供一种能同时完成低电压时的1kHz?300MHz的连续波辐射敏感度实验和1kV高电压时的脉冲辐射敏感度实验，驻波比小，形式简单，加工方便，安装容易的TEM室端口阻抗匹配结构。
[0006]本实用新型所述开域型横电磁波传输室阻抗匹配结构，安装在TEM室输入和输出端口，该阻抗匹配结构包括SHV型高压插头、插头固定板、端口外导体、锥形块、锥形块绝缘体、顶针、开孔螺栓和张力弹簧；高压插头通过螺纹固定在插头固定板上，然后通过螺栓固定在端口外导体上；端口外导体通过螺栓固定在TEM室外导体上；锥形块一端圆柱形导体内有螺纹孔，孔内依次放入张力弹簧、顶针、开孔螺栓，开孔螺栓通过螺纹与锥形块固定；顶针在张力弹簧压力作用下与高压插头内导体紧密接触；锥形块绝缘体嵌入端口外导体的孔内并套在锥形块外面，将两者隔离；锥形块另一端的狭长缝隙将TEM室内导体夹紧固定；锥形块绝缘体一端的套管与插头绝缘体重合套接，另一端端面上开有两道凹槽，深度和宽度均为2mm。
[0007]锥形块长度I为100mm，最大直径d为87mm，锥角γ为78°。
[0008]SHV型高压插头阻抗为50 Ω，锥形块末端圆柱形导体与端口外导体、锥形块绝缘体组成的同轴结构阻抗也为50 Ω，阻抗主要由内外导体直径、电介质的介电常数等参数确定。耐压等级由锥形块绝缘体的厚度和形状决定。锥形块绝缘体一端的套管与插头绝缘体重合套接，增大防高压击穿安全系数，另一端端面上开有两道凹槽，深度和宽度均为2mm，可以避免高电压下的沿面击穿。
[0009]锥形块的形状与尺寸主要由TEM室的形状及尺寸确定，设计时利用CST电磁仿真软件建模，对不同形状和大小的锥形块产生的电气效果进行比对，挑选出理想的模型加工出样品后进行实测，再进行调试与整改，最终达到理想的电气指标。
[0010]现有开域型TEM室形状大小参数为:过渡段张角为42.8°，长度为204mm，TEM室外导体宽度为500mm，TEM室内导体张角为92.2°，最大宽度为425mm。金属板的厚度均为3_。TEM室平行段的阻抗设计为51 Ω，在放入受试品后阻抗会略有下降，接近50 Ω。根据TEM室的这些尺寸特性，通过电磁仿真CST软件进行优化计算，设计了长度100mm，最大直径87mm，锥角78° (两端锥角相同)的锥形块，锥形块可以在保持阻抗不变的情况下将同轴结构均匀的过渡成带张角的平板结构，避免TEM室内导体尖端引起大的电磁波反射。实测表明锥形块可以在1kHz?300MHz范围内使端口驻波比小于1.46，反射系数S11小于0.2，传输系数S12大于0.9。高压脉冲敏感度实验时，可以在TEM室工作空间内精确产生电场幅值50kV/m，上升时间2ns，下降时间55ns的高空核爆电磁脉冲波形。
[0011]本实用新型的有益效果:
[0012]1、使用标准SHV型高压插头，方便分别连接高压脉冲源和连续波信号发生器；
[0013]2、通过耐高压设计使端口阻抗匹配结构可以在1kV高电压下工作，弹性顶针使连接更可靠；
[0014]3、根据TEM室端口形状尺寸，使用锥形块将最大驻波比降低到1.46，锥形块加工简单，安装方便。
[0015]4、阻抗匹配结构可以使TEM室在驻波比小于1.46的条件下同时开展GJB151A中的RS103低电压连续波和RS105高电压脉冲两项辐射敏感度实验。
【附图说明】
[0016]图1阻抗匹配结构轴向剖视图
[0017]图2阻抗匹配结构A点局部放大图
[0018]图3 TEM室正视图
[0019]图4 TEM室俯视图
[0020]图中:1.SHV型高压插头；1-1.插头内导体；1-2.插头绝缘体；1_3.插头外导体；2.插头固定板；3.端口外导体；4.TEM室外导体；5.TEM室内导体；6.锥形块；7.锥形块绝缘体；8.顶针；9.开孔螺母；10.张力弹簧。
【具体实施方式】
[0021]实例I
[0022]本实用新型所述开域型横电磁波传输室阻抗匹配结构，安装在TEM室输入和输出端口，包括SHV型高压插头1、插头固定板2、端口外导体3、锥形块6、锥形块绝缘体7、顶针8、开孔螺栓9和张力弹簧10。高压插头I通过螺纹固定在插头固定板2上，然后通过螺栓固定在端口外导体3上。端口外导体3通过螺栓固定在TEM室外导体4上。锥形块6—端圆柱形导体内有螺纹孔，孔内依次放入张力弹簧10、顶针8、开孔螺栓9，开孔螺栓9通过螺纹与锥形块6固定。顶针8在弹簧压力10作用下与高压插头内导体1-1紧密接触。锥形块绝缘体7嵌入端口外导体3的孔内并套在锥形块6外面，将两者隔离。锥形块6另一端的狭长缝隙将TEM室内导体5夹紧固定。
[0023]SHV型高压插头I阻抗为50Ω，锥形块6末端圆柱形导体与端口外导体3、锥形块绝缘体7组成的同轴结构阻抗也为50 Ω，阻抗主要由内外导体直径、电介质的介电常数等参数确定。耐压等级由锥形块绝缘体7的厚度和形状决定。锥形块绝缘体7—端的套管与插头绝缘体1-2重合套接，增大防高压击穿安全系数，另一端端面上开有两道凹槽，深度和宽度均为2mm，可以避免高电压下的沿面击穿。
[0024]锥形块6的形状与尺寸主要由TEM室的形状及尺寸确定，设计时利用CST电磁仿真软件建模，对不同形状和大小的锥形块6产生的电气效果进行比对，挑选出理想的模型加工出样品后进行实测，再进行调试与整改，最终达到理想的电气指标。
[0025]现有开域型TEM室形状大小参数为:过渡段张角α为42.8°，长度a为204mm，TEM室外导体宽度b为500mm，TEM室内导体张角β为92.2°，最大宽度c为425mm。金属板的厚度t均为3mm。TEM室平行段的阻抗设计为51 Ω，在放入受试品后阻抗会略有下降，接近50Ω。根据TEM室的这些尺寸特性，通过电磁仿真CST软件进行优化计算，设计了长度I为100mm，最大直径d为87mm，锥角γ为78° (两端锥角相同)的锥形块6，锥形块6可以在保持阻抗不变的情况下将同轴结构均匀的过渡成带张角的平板结构，避免TEM室内导体尖端弓I起大的电磁波反射。
[0026]采用本实用新型的技术方案设计的模拟装置的测试结果证明，在1kHz?300MHz的连续波敏感度实验时，TEM室端口电压驻波比小于1.46，反射系数S11小于0.2，传输系数S12大于0.9。高压脉冲敏感度实验时，可以在TEM室工作空间内精确产生电场幅值50kV/m，上升时间2ns，下降时间55ns的高空核爆电磁脉冲波形。
【主权项】
1.一种开域型横电磁波TEM传输室阻抗匹配结构，其特征在于该阻抗匹配结构包括SHV型高压插头(1)、插头固定板(2)、端口外导体(3)、锥形块(6)、锥形块绝缘体(7)、顶针(8)、开孔螺栓(9)和张力弹簧(10);高压插头(I)通过螺纹固定在插头固定板(2)上，然后通过螺栓固定在端口外导体(3)上；端口外导体(3)通过螺栓固定在TEM室外导体(4)上；锥形块(6) —端圆柱形导体内有螺纹孔，孔内依次放入张力弹簧(10)、顶针(8)、开孔螺栓(9)，开孔螺栓(9)通过螺纹与锥形块(6)固定；顶针(8)在张力弹簧(10)压力作用下与高压插头内导体(1-1)紧密接触；锥形块绝缘体(7)嵌入端口外导体(3)的孔内并套在锥形块(6)外面，将两者隔离；锥形块(6)另一端的狭长缝隙将TEM室内导体(5)夹紧固定；锥形块绝缘体(7) —端的套管与插头绝缘体(1-2)重合套接，另一端端面上开有两道凹槽，深度和宽度均为2mm。
2.按权利要求1所述的一种开域型横电磁波TEM传输室阻抗匹配结构，其特征在于:锥形块(6)长度I为100mm，最大直径d为87mm，锥角γ为78° 。
【专利摘要】本实用新型涉及一种开域型横电磁波TEM传输室两端连接同轴电缆时的阻抗匹配结构，该结构的使用可明显减少端口能量反射，属于电磁兼容领域。本实用新型通过耐高压设计使端口阻抗匹配结构可以在10kV高电压下工作，端口可以分别连接高压脉冲源和连续波信号发生器。通过使用优化设计的锥形块，将最大驻波比降低到1.46，使得TEM室在10KHz～300MHz范围内，驻波比小于1.46的条件下，能同时开展低电压连续波和高电压脉冲两项辐射敏感度实验。
【IPC分类】G01R1-04, G01R31-00
【公开号】CN204374322
【申请号】CN201420792621
【发明人】曹保锋, 张雪芹, 范江兵, 李欣, 梁睿, 宋立军, 郑毅, 宁王师
【申请人】中国人民解放军63973部队
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2014年12月16日