橫電磁波傳輸室

(一)結構
該傳輸室是八十年代發展起來的一種新型的電磁兼容測量裝置(亦稱橫電磁波小室---TEMcell)。它是一個封閉的變形的同軸線結構,即將同軸線的外導體擴展為矩形箱體,內導體漸變為扁平芯板。從而構成了與周圍環境隔絕的禁止體,EUT置於其中,終端接入匹配負載,當始端激勵功率信號時,傳輸室便建立起橫電磁波和電磁場。
TEM CELL結構示意圖TEM CELL結構示意圖

TEMCell的結構示意圖
隨著技術的進步,TEMCell的發展很快,已研製出多種型式的小室。如非對稱型、孿生型、吉赫型和線陣型等。其中吉赫型(GTEMCell)是目前套用最為廣泛的一種。
(二)GTEMCell工作原理
GTEM小室是半錐形的同軸結構。其中心導體展成一塊寬的隔板(通稱芯板),其後壁用錐形吸波材料覆蓋,芯板端接分散式電阻,構成複合式負載,使小室的時域阻抗為50Ω左右,以達最小終端反射。基於傳輸線理論,當小室饋入端注入功率信號時,在小室內便會產生橫電磁波,其波阻抗為377Ω,在芯板與底板之間所形成的電場,其方向與橫電磁波傳播的方向垂直,在阻抗匹配良好的情況下,小室內某段空間場的分布是均勻的,這些都與自由空間的遠場電磁波特性相同,相當於模擬了開闊場的電磁環境。因此,可以作為開闊場的替代測試環境。對於測試小型EUT的電磁輻射敏感度是非常有效的,並已被納入有關的標準中。
GTEM小室的結構與測試原理示意圖GTEM小室的結構與測試原理示意圖

GTEM小室的結構與測試原理示意圖給出了用GTEM小室測試EMI的技術和方法還在完善和發展中。
(三)GTEM的技術性能
1、電壓駐波比(VSWR)
這是衡量GTEM性能的主要指標之一。從理論上說,GTEM作為高頻傳輸線,常被看成是無損耗傳輸線,其特性阻抗為純電阻,其值與頻率無關。如果GTEM設計成50Ω特性阻抗,保證終端匹配良好,能量將全被吸收而無反射。但實際上是不可能的。電壓駐波比就是描述傳輸線的負載與源之間失配的程度。一般要求VSWR<1.5。
2、工作頻率
同軸線屬於寬頻傳輸線,GTEM小室的工作頻率範圍可從直流至2GHz以上。
3、尺寸
•GTEM小室的結構尺寸與工作頻率無關。而TEM小室的尺寸則受工作頻率的限制。
•GTEM小室的外形尺寸取決於EUT的尺寸。而且與小室的有效工作區尺寸有關。
•GTEM小室有效工作區的確定。
根據理論和工程計算,在小室內的場強不均勻度<±2dB的情況下,小室的有效工作區一般取小於小室結構尺寸的三分之一。給出了5311型小室等場強線及有效工作區選擇圖。對於外形尺寸為5.4m×2.8m×2.3m的小室在±2dB範圍內的工作區尺寸為0.5m×0.5m×0.36m;在<4dB時,有效工作區尺寸為:0.8m×0.8m×0.7m,這是推薦的最大可用尺寸,但測量誤差必定會大一些。國產的NIM-8815型GTEM小室,外形尺寸為6m×3m×2.5m(L×W×H),均勻場區的尺寸為0.8m×0.4(W×H)。由此不難看出,小室可用的尺寸是有限的。
4、特性阻抗
GTEM小室一般都設計為(50Ω±5%)的特性阻抗。終端利用分布電阻作電流負載,並用吸波材料作電磁波的吸收負載。
(四)套用前景
1、優點:
橫電磁波傳輸室模擬自由空間的電磁環境,因此,測量精度高;
橫電磁波傳輸室的禁止性能好,室內能量不會散失。這不僅大大降低了對信號源的功率要求,還避免了在自由空間試驗場的電磁污染;
GTEM小室作為電磁兼容試驗場地,占地空間小,投資少,配套儀器設備簡單,測試效率高;
GTEM小室能在足夠大的空間前提下,在較寬的頻率範圍內,快速完成EMC測試任務。這種試驗場地很適宜小型電子設備的輻射敏感度全相容性測試。
2、缺點:
橫電磁波小室與開闊場和半電波暗室相比,它的主要缺點是:
只能形成垂直極化的電場,而不能生成水平極化的電場。而EMC測量標準規定,當EUT進行輻射抗擾度測量時,要求對其分別加以三維電場。在實際套用中,為了彌補這一缺陷,只能在小室內設定非金屬承載導軌或轉台,對受試EUT取不同的方向進行測試。目前,國際上己在研究能產生不同極化電場的橫電磁波小室。如在小室內再加一塊垂直芯板,使之與側板間形成水平極化電場。
橫電磁波小室的有效工作區尺寸受場強均勻度的約束太大。因而,也就限制了受試設備的尺寸。
本所已研製和組建完成了一套GTEM小室法輻射敏感度自動測試系統並已投入使用。

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