GTEM Cell临界频率和高阶模成因的研究

发布时间：2018-02-10 19:13

本文关键词： 吉赫兹横电磁波传输室吸波材料有限积分技术复合终端高阶模场均匀性介电常数　出处：《东南大学》2016年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：吉赫兹横电磁波传输室(GTEM cell)作为一种替代开阔场和电波暗室的测试设备,在电磁兼容辐射敏感度测试和辐射发射测试中得到了广泛的应用。但是由于GTEM cell内部存在不连续和突变结构会激励高阶模,限制了它的工作上限频率和有效测试区域的大小。为了提高GTEM cell的性能,本论文采用理论分析、实验验证和模拟仿真等方法,一方面以本实验室2.5米长GTEM cell作为参考,研究复合终端参数配置对临界频率点反射系数的影响,对GTEM cell的结构进行了优化;另一方面研究了 GTEM cell内部高阶TM模和TE模的成因,为GTEM cell的设计制造和应用提供重要指导。根据同轴传输/反射法原理设计了一套空气同轴线测试夹具。使用该测试装置对胶木、聚四氟乙烯和有机玻璃等材料进行了测试分析,并比较了非磁性材料复介电常数的三种算法,发现当试样长度为试样中电磁波半波长的整数倍时,使用特性阻抗法和NRW法得到的介电常数在对应频率点处会产生巨大发散,而使用传播常数法计算的复介电常数不受测试试样厚度谐振问题的影响。研究了传播常数法中导致传播常数出现多值问题的根源,发现当试样长度为试样中电磁波半波长的奇数倍时,需要对传播常数的虚部进行修正,并给出了虚部修正时对应的临界频率点。对GTEM cell常用角锥泡沫吸波材料的复介电常数进行了实验测试,发现角锥泡沫吸波材料介电常数存在非均匀性。提出了一种基于有限积分技术的吸波材料反射率的建模仿真方法,使用该方法对电磁兼容吸波材料铁氧体瓦和角锥泡沫吸波材料的反射率进行了研究。结果显示,对于无孔铁氧体瓦,仿真得到的反射率与产品提供的反射率相比仅在极值点处相差15dB。对于中心开孔的铁氧体瓦,由于测试过程中片与片之间存在缝隙,仿真结果略优于实测结果。对于角锥泡沫吸波材料,实测结果和仿真结果在100MHz～350MHz范围内重合较好,在350 MHz～600MHz频率范围内最大偏差为10dB。通过对GTEM cell进行三维实体建模,研究了电阻网板和角锥泡沫吸波材料的几何参数对临界频率点反射系数的影响。研究结果显示,增加电阻网板的列数和降低电阻网板的行数能够降低端口的反射系数;增加底座高比增加角锥高对降低反射系数的效果更显著。使用一阶德拜模型研究了吸波材料电磁参数对端口反射系数的影响,发现增加吸波材料的静态介电常数能够降低反射系数;而增加弛豫时间会提高吸波材料高频段的反射。本文还对电磁参数测试过程中发现的吸波材料电磁参数不均匀的问题进行了仿真研究和实验验证。研究发现,对于同一批角锥泡沫吸波材料,将介电常数较大的吸波材料安装在芯板附近对降低GTEM cell临界频率点反射系数更有效;对于单块吸波材料,增加角锥部分介电常数比增加底座部分介电常数对降低反射系数更有效。分析了复合终端参数对临界频率点的影响,并对复合终端参数进行了优化,发现吸波材料总高度与电阻网板最前端到后端板的距离相等时,临界频率点的反射系数最小;还发现吸波材料的静态介电常数并不是越大越好,而是存在一个范围,使得GTEM cell反射系数满足设计要求的同时达到阻抗匹配的要求。使用数值仿真方法研究了空载GTEM cell沿纵向不同位置参考点电场的垂直分量和纵向分量值,发现距离复合终端越远的参考点去耦合效应越强,表明电阻网板是GTEM cell内部TM模的激励源。通过比较加载受试设备(EUT)前后场强值的变化,发现空载GTEM cell归一化电场垂直分量在有效测试区内的变化范围小于±3dB,而加载受试设备后的变化范围超过±3dB,还发现参考点磁场纵向分量在相应横截面TE10模截止频率点处显著增加,表明EUT是高阶TE模的主要激励源。进一步的计算显示加载EUT后有效测试区的场分布发生明显畸变。对GTEM cell的性能测试表明其特性阻抗和电压驻波比满足应用要求。通过使用IEC 61000-4-20来校准GTEM cell的场均匀性,发现主极化方向场强满足0～6dB的场均匀性要求,但是次极化方向与主极化方向场的比值不满足要求。
[Abstract]:In order to improve the performance of GTEM cell , it is found that when the sample length is an integer multiple of the half wavelength of electromagnetic wave in the sample , it is found that when the length of the sample is an integral multiple of the half wavelength of electromagnetic wave in the sample , it is found that the dielectric constant of the composite terminal is not influenced by the thickness of the test specimen . The vertical component and the longitudinal component values of the field strength of the empty GTEM cell in the effective test area are found to be less than 卤 3 dB , and it is found that the more distant reference point decoupling effect of the empty GTEM cell is less than 卤 3 dB , and it is found that the higher field intensity of the zero - load GTEM cell in the effective test area is less than 卤 3 dB , and it is found that the field intensity of the field intensity of the zero - load GTEM cell satisfies the application requirement .

【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN03

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