本申請(qǐng)涉及電磁測(cè)量領(lǐng)域，尤其涉及一種同心錐形橫電磁波室和終端負(fù)載。

背景技術(shù)：

同心錐形橫電磁波(TEM)室，是一種基于標(biāo)準(zhǔn)場(chǎng)法的場(chǎng)強(qiáng)產(chǎn)生裝置，具有很寬工作頻帶。同心錐形橫電磁波室的終端負(fù)載用于端接內(nèi)外導(dǎo)體上流過(guò)的電流。目前大部分終端負(fù)載采用電阻陣列，采用電阻陣列終端負(fù)載結(jié)構(gòu)通常只能用于較低工作頻率的橫電磁波室終端負(fù)載設(shè)計(jì)，盡管電阻陣列能夠滿足全頻段負(fù)載阻抗與橫電磁波室特性阻抗相同，但是由于電阻與內(nèi)外導(dǎo)體以及電阻與電阻之間的連接線在高頻時(shí)可視為小天線，對(duì)外輻射電磁波將對(duì)腔體內(nèi)的電磁場(chǎng)產(chǎn)生干擾，將嚴(yán)重影響測(cè)試區(qū)域的場(chǎng)均勻性，不能滿足全頻段內(nèi)場(chǎng)均勻性的要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出一種同心錐形橫電磁波室和終端負(fù)載，解決測(cè)試區(qū)電磁場(chǎng)不均勻的問(wèn)題。

本申請(qǐng)實(shí)施例提供一種終端負(fù)載，用于同心錐形橫電磁波室，所述同心錐形橫電磁波室的傳輸段包含內(nèi)導(dǎo)體和外導(dǎo)體，所述終端負(fù)載的形狀為錐臺(tái)，所述錐臺(tái)的上底半徑與所述傳輸段的內(nèi)導(dǎo)體末端半徑相同，下底半徑與所述傳輸段的外導(dǎo)體末端半徑相同，錐臺(tái)角度為布儒斯特角；所述終端負(fù)載包含基底和涂層；所述基底為泡沫材料，所述涂層為吸波材料。

優(yōu)選地，所述基底泡沫材料的介電常數(shù)小于1.2。

優(yōu)選地，所述終端負(fù)載的電阻與所述同心錐形橫電磁波室的特性阻抗相同。

優(yōu)選地，所述基底為聚甲基丙烯酰胺亞胺泡沫材料。

優(yōu)選地，所述涂層為在耐高溫聚酯薄膜上均勻地涂有碳黑涂料與膠的混合物制成。

作為本發(fā)明終端負(fù)載的一種最佳實(shí)施例，所述同心錐形橫電磁波室的特性阻抗R＝75，所述錐臺(tái)角度θ＝45°，所述同心錐形橫電磁波室的內(nèi)導(dǎo)體角θ₁＝2.8721°，所述同心錐形橫電磁波室的外導(dǎo)體角θ₂＝10°時(shí)，其中r₂為所述下底半徑，r₁為所述上底半徑；所述涂層的方電阻約為336.73Ω。

本發(fā)明實(shí)施例還提供一種同心錐形橫電磁波室，包含本發(fā)明任意一項(xiàng)實(shí)施例所述終端負(fù)載，所述涂層和所述內(nèi)導(dǎo)體、外導(dǎo)體緊密接觸。

本發(fā)明實(shí)施例還提供一種同心錐形橫電磁波室，包含本發(fā)明任意一項(xiàng)實(shí)施例所述終端負(fù)載，還包含條形傳導(dǎo)有機(jī)材料，用于使所述終端負(fù)載與所述內(nèi)導(dǎo)體、外導(dǎo)體均良好接觸。

本申請(qǐng)實(shí)施例采用的上述至少一個(gè)技術(shù)方案能夠達(dá)到以下有益效果：終端負(fù)載的主要作用是吸收內(nèi)外導(dǎo)體上的傳輸電流及腔體內(nèi)傳輸?shù)碾姶挪?，以減少電磁波反射，從而確保腔體的場(chǎng)均勻性滿足指標(biāo)要求。所述同心錐形橫電磁波室和所述終端負(fù)載在寬頻范圍內(nèi)(200MHz-40GHz)工作，可有效地減少場(chǎng)輻射和反射，能夠?qū)崿F(xiàn)在工作頻段內(nèi)場(chǎng)均勻性小于1.5dB。

附圖說(shuō)明

此處所說(shuō)明的附圖用來(lái)提供對(duì)本申請(qǐng)的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，本申請(qǐng)的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本申請(qǐng)，并不構(gòu)成對(duì)本申請(qǐng)的不當(dāng)限定。在附圖中：

圖1是同心錐形橫電磁波室結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是現(xiàn)有技術(shù)電阻陣列示意圖；

圖3是本發(fā)明終端負(fù)載結(jié)構(gòu)尺寸示意圖；

圖4是本發(fā)明終端負(fù)載涂層結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是終端負(fù)載與條形傳導(dǎo)有機(jī)材料結(jié)合的外形示意圖；

圖6是同心錐形橫電磁波室一種實(shí)施例的局部剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7是同心錐形橫電磁波室另一實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8是電阻陣列終端的同心錐形橫電磁波室腔體內(nèi)電磁場(chǎng)分布圖；

圖9是本設(shè)計(jì)終端負(fù)載的同心錐形橫電磁波室腔體內(nèi)電磁場(chǎng)分布圖。

具體實(shí)施方式

為使本申請(qǐng)的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本申請(qǐng)具體實(shí)施例及相應(yīng)的附圖對(duì)本申請(qǐng)技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實(shí)施例僅是本申請(qǐng)一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒旧暾?qǐng)中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本申請(qǐng)保護(hù)的范圍。

以下結(jié)合附圖，詳細(xì)說(shuō)明本申請(qǐng)各實(shí)施例提供的技術(shù)方案。

圖1是同心錐形橫電磁波室結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，同心錐形橫電磁波室與同軸傳輸線類似，是一種雙導(dǎo)體傳輸線，采用軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)，由同軸饋電、阻抗匹配段、傳輸段、終端負(fù)載及吸波材料幾部分組成，同軸饋電為同心錐形橫電磁波室提供輸入功率，阻抗匹配段將同軸導(dǎo)線50Ω特性阻抗變換到傳輸段特性阻抗，根據(jù)探頭校準(zhǔn)區(qū)域，設(shè)計(jì)傳輸段合適的內(nèi)、外導(dǎo)體夾角及特性阻抗，終端負(fù)載為同心錐形橫電磁波室提供一定阻抗的端接，吸收流過(guò)內(nèi)、外導(dǎo)體的電流，吸波材料用于吸收電磁波，降低整個(gè)系統(tǒng)的駐波損耗，最終在兩個(gè)金屬同心錐體之間的空腔內(nèi)產(chǎn)生均勻的橫電磁波波，形成可計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)場(chǎng)強(qiáng)。理想狀況下，其特征阻抗只與自身結(jié)構(gòu)參數(shù)相關(guān)、與傳輸電磁波的頻率無(wú)關(guān)，因此能實(shí)現(xiàn)寬頻帶的場(chǎng)強(qiáng)校準(zhǔn)。圖1還概要表示出本發(fā)明的負(fù)載終端位置、形狀，以及包含所述負(fù)載終端的同心錐形橫電磁波室的整體結(jié)構(gòu)。下文進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

圖2是現(xiàn)有技術(shù)電阻陣列示意圖。同心錐形橫電磁波室的終端負(fù)載阻抗設(shè)計(jì)與同心錐形橫電磁波的特性阻抗相同，用于端接內(nèi)、外導(dǎo)體上流過(guò)的電流。目前大部分終端負(fù)載采用電阻陣列，如圖2所示，電阻陣列為終端負(fù)載的一種常用設(shè)計(jì)方法，內(nèi)導(dǎo)體與外導(dǎo)體之間通過(guò)若干個(gè)電阻串聯(lián)或并聯(lián)，串聯(lián)或并聯(lián)后電阻的總阻值等于小室的特性阻抗。此種電阻陣列的終端負(fù)載只適用于頻段較低，通常工作頻率小于18GHz的橫電磁波室終端負(fù)載設(shè)計(jì)，因?yàn)閷?duì)于寬帶橫電磁波室工作頻段200MHz～40GHz，當(dāng)上限頻率40GHz對(duì)應(yīng)的半波長(zhǎng)為3.75mm，電阻之間連接線通常超過(guò)半波長(zhǎng)的長(zhǎng)度，電阻陣列上的每個(gè)電阻連接部分都等效為輻射天線，向外輻射電磁波，嚴(yán)重影響測(cè)試區(qū)的場(chǎng)均勻性。由于同心錐工作頻段較寬，最高頻率40GHz的波長(zhǎng)為毫米級(jí)，如果采用傳統(tǒng)的電阻陣列作為終端負(fù)載，輻射電磁波嚴(yán)重影響高頻性能。實(shí)踐中，此結(jié)構(gòu)的終端負(fù)載不能滿足場(chǎng)均勻性小于1.5dB的要求。

圖3是本發(fā)明終端負(fù)載結(jié)構(gòu)尺寸示意圖。由于剖面結(jié)構(gòu)左右對(duì)稱，圖中只表示出一側(cè)結(jié)構(gòu)。本申請(qǐng)實(shí)施例提供一種終端負(fù)載，用于同心錐形橫電磁波室，所述同心錐形橫電磁波室的傳輸段包含內(nèi)導(dǎo)體和外導(dǎo)體，所述終端負(fù)載的形狀為錐臺(tái)，所述錐臺(tái)的上底半徑r₁與所述傳輸段的內(nèi)導(dǎo)體末端半徑相同，下底半徑r₂與所述傳輸段的外導(dǎo)體末端半徑相同，錐臺(tái)角度為布儒斯特角；所述終端負(fù)載包含基底和涂層；所述基底為泡沫材料，所述涂層為吸波材料。

優(yōu)選地，所述基底為聚甲基丙烯酰胺亞胺泡沫材料。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述基底泡沫材料的介電常數(shù)小于1.2。

需要說(shuō)明的是，終端負(fù)載的錐臺(tái)角度設(shè)計(jì)為布儒斯特角，可以保證垂直極化入射的電磁波可以完全沒(méi)有反射，降低整體的反射系數(shù)。

錐臺(tái)角度θ如圖3所示，定義為錐臺(tái)外表面延伸為椎體時(shí)頂角的二分之一。錐臺(tái)角度θ的計(jì)算公式為

其中：ε₁是空氣的相對(duì)介電常數(shù)；ε₂是負(fù)載基底的相對(duì)介電常數(shù)。聚甲基丙烯酰亞胺泡沫基錐的介電常數(shù)200MHz～40GHz以內(nèi)介電常數(shù)接近1.2。

還需要說(shuō)明的是，同心錐形橫電磁波室要滿足直徑120mm探頭的校準(zhǔn)，則腔體的空間至少為探頭尺寸的2倍以上，例如，錐臺(tái)的上底半徑為r₁＝98.7mm，在同心錐母線1990mm處。

由于本發(fā)明限定所述錐臺(tái)角度為布儒斯特角，且所述錐臺(tái)的上底半徑與所述傳輸段的內(nèi)導(dǎo)體末端半徑相同、下底半徑與所述傳輸段的外導(dǎo)體末端半徑相同，因此當(dāng)用于特定同心錐形橫電磁波室時(shí)，內(nèi)導(dǎo)體角θ₁、外導(dǎo)體角θ₂首先確定(如圖3所示，所述內(nèi)導(dǎo)體角為所述內(nèi)導(dǎo)體的錐形頂角的二分之一；所述外導(dǎo)體角為所述外導(dǎo)體的錐形頂角的二分之一)，再通過(guò)所述上底半徑和所述錐臺(tái)角度能夠確定所述下底半徑；或者，通過(guò)所述下底半徑和所述錐臺(tái)角度能夠確定所述上底半徑。

圖4是本發(fā)明終端負(fù)載涂層結(jié)構(gòu)示意圖。優(yōu)選地，所述終端負(fù)載的阻抗值與所述同心錐形橫電磁波室的特性阻抗相同。通過(guò)同心錐橫電磁波室特性阻抗確定終端負(fù)載的阻抗值，根據(jù)此阻抗確定負(fù)載的表面方電阻，方電阻由涂層產(chǎn)生，優(yōu)選地，所述涂層為在耐高溫聚酯薄膜(PET)上均勻地涂有碳黑涂料與膠的混合物制成，在涂層的成分一定的情況下，涂層的方電阻由幾何結(jié)構(gòu)確定。

所述涂層的方電阻計(jì)算推導(dǎo)如下：

假設(shè)一片均勻薄膜的長(zhǎng)、寬、厚分別為L(zhǎng)、D、d，薄膜電阻計(jì)算公式為其中：ρ為體電阻率(Ω/cm)；ρ/d為方電阻(Ω/□)，其中符號(hào)“□”表示單位平方。

因負(fù)載為一錐臺(tái)形狀，展開(kāi)后表面為一梯形，假設(shè)錐臺(tái)表面分成無(wú)窮多個(gè)小單元，如圖3中陰影部分，每個(gè)小單元為△x，則第i個(gè)小單元的阻抗為Ri，則：其中：錐臺(tái)的母線方程f(x)＝tgθ·x+r₁；(θ為終端負(fù)載的布儒斯特角)。

則整個(gè)負(fù)載的電阻為：或解以上方程得薄膜方電阻為：

當(dāng)選擇同心錐終端負(fù)載阻抗與橫電磁波室的特性阻抗相同(例如R＝75Ω)，通過(guò)公式2可以確定涂層方電阻，進(jìn)而確定涂層厚度d。其中R為所述同心錐形橫電磁波室的特性阻抗，θ為所述錐臺(tái)角度，r₂為所述下底半徑，r₁為所述上底半徑。

作為本發(fā)明終端負(fù)載的一種最佳實(shí)施例，所述同心錐形橫電磁波室的特性阻抗R＝75，所述錐臺(tái)角度θ＝45°，所述同心錐形橫電磁波室的內(nèi)導(dǎo)體角θ₁＝2.8721°，所述同心錐形橫電磁波室的外導(dǎo)體角θ₂＝10°時(shí)，所述涂層的方電阻約為336.73Ω/□。

需要指出的是，同心錐橫電磁波室工作頻段較寬，因此負(fù)載應(yīng)同時(shí)兼顧低頻和高頻的電磁波性能，負(fù)載具有75Ω阻抗吸收流過(guò)內(nèi)外導(dǎo)體的電流，同時(shí)對(duì)腔體內(nèi)傳輸?shù)碾姶挪ㄓ形招曰虼┩感?，從而不影響腔體電磁波的傳輸。由于工作頻帶較寬，很少有單一的材料在全頻段既滿足阻抗特性又滿足吸波或透波性。因此同心錐終端負(fù)載采用組合材料，在具有透波性較好的聚甲基丙烯酰亞胺泡沫基底表面涂抹具有吸波性能的碳黑材料組成。在全頻段聚甲基丙烯酰亞胺泡沫基底的介電常數(shù)滿足ε_r＜1.2與空氣介電常數(shù)近似，因此在同心錐形橫電磁波小室里對(duì)電磁波傳輸影響不大。采用碳黑涂料與膠進(jìn)行適當(dāng)?shù)呐浔?，將其均勻的涂在PET膜上，根據(jù)前面所計(jì)算方阻的大小確定碳黑吸波涂層的厚度。然后均勻粘接在聚甲基丙烯酰亞胺泡沫基底，使得負(fù)載方電阻達(dá)到所需要的值。

圖5是終端負(fù)載與條形傳導(dǎo)有機(jī)材料結(jié)合的外形示意圖。同心錐形橫電磁波小室的終端負(fù)載采用聚甲基丙烯酰亞胺泡沫基作為錐體的基底，表面包裹雷達(dá)吸波材料，為了使終端負(fù)載與同軸錐形橫電磁波室內(nèi)外導(dǎo)體均良好接觸，可以在底端與尖端處采用條形傳導(dǎo)有機(jī)材料如環(huán)氧樹(shù)脂。

圖6是同心錐形橫電磁波室一種實(shí)施例的局部剖面結(jié)構(gòu)示意圖，本發(fā)明實(shí)施例還提供一種同心錐形橫電磁波室，包含本發(fā)明任意一項(xiàng)實(shí)施例所述終端負(fù)載，所述涂層和所述內(nèi)導(dǎo)體、外導(dǎo)體緊密接觸。

圖7是同心錐形橫電磁波室另一實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。將圖5所示終端負(fù)載與條形傳導(dǎo)有機(jī)材料結(jié)合后用于圖1的同心錐形橫電磁波室，本發(fā)明實(shí)施例提供的同心錐形橫電磁波室，包含本發(fā)明任意一項(xiàng)實(shí)施例所述終端負(fù)載，所述終端負(fù)載或所述同心錐形橫電磁波室還包含條形傳導(dǎo)有機(jī)材料，用于使所述終端負(fù)載與所述內(nèi)導(dǎo)體、外導(dǎo)體均良好接觸。

本發(fā)明至少一個(gè)實(shí)施例可以達(dá)到以下有益效果：終端負(fù)載的主要作用是吸收內(nèi)外導(dǎo)體上的傳輸電流及腔體內(nèi)傳輸?shù)碾姶挪?，以減少電磁波反射，從而確保腔體的場(chǎng)均勻性滿足指標(biāo)要求。當(dāng)在同心錐橫電磁波室里注入一定能量的信號(hào)，信號(hào)電流在同心錐的內(nèi)外導(dǎo)體上傳輸，電磁波在內(nèi)外導(dǎo)體之間的腔體內(nèi)傳輸，并產(chǎn)生一定大小的電磁場(chǎng)，此法設(shè)計(jì)的終端負(fù)載，在低頻段時(shí)可以很好的吸收內(nèi)外導(dǎo)體傳輸?shù)碾娏?，同時(shí)對(duì)高頻段電磁波有一定的吸收性和較好的穿透性，從而在全工作頻段內(nèi)對(duì)腔體內(nèi)的電磁信號(hào)起到消耗和吸收作用，從而減少腔體電磁波的反射。

圖8是電阻陣列終端的同心錐形橫電磁波室腔體內(nèi)電磁場(chǎng)分布圖(頻率15GHz)。當(dāng)采用電阻陣列，電阻與內(nèi)外導(dǎo)體或電阻之間連接部分，由于長(zhǎng)度對(duì)高頻信號(hào)來(lái)說(shuō)是電大尺寸，則視為天線將往外輻射電磁波，從而影響腔體內(nèi)的電磁波傳輸，導(dǎo)致腔體內(nèi)電磁場(chǎng)不均勻，出現(xiàn)相互干擾，如圖8采用電阻陣列作為小室的終端負(fù)載，其腔體內(nèi)的電磁波產(chǎn)生了相互干擾，所以均勻性不好。

圖9是本設(shè)計(jì)終端負(fù)載的同心錐形橫電磁波室腔體內(nèi)電磁場(chǎng)分布圖(頻率15GHz)。其腔體內(nèi)電磁場(chǎng)分布非常均勻，能清楚看到電磁波傳播過(guò)程中的波峰波谷，此結(jié)構(gòu)的終端負(fù)載具有較好的電性能。

作為本發(fā)明的最佳實(shí)施例，使其終端負(fù)載的阻抗等于錐形TEM室的特性阻抗75Ω，在工作頻段內(nèi)吸收流過(guò)內(nèi)外導(dǎo)體上的信號(hào)電流，對(duì)腔體內(nèi)電磁波的傳輸影響較小，從而滿足場(chǎng)均勻在工作頻段內(nèi)小于1.5。

此外，本發(fā)明與現(xiàn)有的電阻陣列方法相比，采用多層材料組合，實(shí)現(xiàn)內(nèi)外導(dǎo)體上傳輸電流及腔體內(nèi)傳輸電磁波的終端吸收。此終端負(fù)載采用聚甲基丙烯酰亞胺泡沫作為基底，表面粘貼PET膜，膜的另一表面涂刷碳黑吸波涂料，使其表面方阻達(dá)到337Ω/□。

還需要說(shuō)明的是，術(shù)語(yǔ)“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過(guò)程、方法、商品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒(méi)有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過(guò)程、方法、商品或者設(shè)備所固有的要素。在沒(méi)有更多限制的情況下，由語(yǔ)句“包括一個(gè)……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過(guò)程、方法、商品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。

以上所述僅為本申請(qǐng)的實(shí)施例而已，并不用于限制本申請(qǐng)。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本申請(qǐng)可以有各種更改和變化。凡在本申請(qǐng)的精神和原理之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本申請(qǐng)的權(quán)利要求范圍之內(nèi)。