GTEM小室的設(shè)計(jì)概述

【摘 要】GTEM小室近些年來(lái)在電磁兼容領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，其工作頻率范圍寬，內(nèi)部可用場(chǎng)區(qū)大，對(duì)EUT大小的限制與頻率無(wú)關(guān)，既可以用于電磁輻射敏感度的測(cè)量，也可進(jìn)行電磁輻射干擾的測(cè)試，質(zhì)高價(jià)廉，易于使用。該裝置為電磁兼容的測(cè)試與評(píng)估提供了強(qiáng)有力的手段。本文概述了GTEM小室的設(shè)計(jì)原理和整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的實(shí)施方法。

【關(guān)鍵詞】吉赫橫電磁波傳輸室 電磁場(chǎng)的分布 特性阻抗 設(shè)計(jì)

GTEM小室采用同軸及非對(duì)稱矩形傳輸線設(shè)計(jì)原理，為避免內(nèi)部電磁波的反射及產(chǎn)生高階模式和諧振，總體設(shè)計(jì)為尖劈形。輸入端口采用N型同軸接頭，而后漸變至非對(duì)稱矩形傳輸以減少結(jié)構(gòu)突變所引起的電波反射。為使GTEM內(nèi)部達(dá)到良好的阻抗匹配與較大的可用體積，選取并調(diào)測(cè)了合適的角度、芯板寬度和非對(duì)稱性。

1 設(shè)計(jì)原理

GTEM室由底板、芯板、頂板、側(cè)板、電阻面陣、吸波材料、后蓋板等部分組成的封閉式結(jié)構(gòu)，如圖1所示。其漸變形結(jié)構(gòu)避免了TEM傳輸室中由于截面突變而造成來(lái)回反射的諧振現(xiàn)象。終端匹配負(fù)載由電阻面陣和吸波材料共同組成，大大提高了頻率使用范圍。

GTEM室是單端口網(wǎng)絡(luò)，是由喇叭狀的矩形同軸傳輸線端接匹配負(fù)載構(gòu)成的微波系統(tǒng)。GTEM室的匹配負(fù)載包括兩類：分配型阻抗匹配負(fù)載和吸波負(fù)載。分配型阻抗匹配負(fù)載聯(lián)接GTEM室的內(nèi)導(dǎo)電板與終端導(dǎo)電板，其阻值等于GTEM室的特性阻抗，故在低頻段能得到很好的匹配。而在高頻段，則由粘附在終端導(dǎo)電板上的吸波負(fù)載吸收電磁波，避免反射。為達(dá)到GTEM室的阻抗匹配，特性阻抗無(wú)疑是GTEM室最重要的設(shè)計(jì)參數(shù)之一。其分析計(jì)算方法的研究和GTEM室制造上的特性阻抗設(shè)計(jì)，是GTEM室理論研究的重要部分。盡管GTEM室結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，但仍需對(duì)其特性阻抗進(jìn)行分析和計(jì)算。

根據(jù)傳輸線理論，高頻無(wú)損耗線特性阻抗的表達(dá)式為：

可認(rèn)為是光速，是已知值。所以，只要求出單位長(zhǎng)電容C，就可得到特性阻抗。而求電容要根據(jù)TEM波電場(chǎng)所滿足的微分方程即同一裝置處在靜態(tài)場(chǎng)中其電場(chǎng)所滿足的微分方程出發(fā)，并利用各種數(shù)學(xué)方法進(jìn)行計(jì)算。

在GTEM室內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)的傳統(tǒng)計(jì)算中，其內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)由芯板上的射頻電壓U與芯板對(duì)GTEM室的底板高度h之比，即：

2 仿真驗(yàn)證結(jié)果

建立GTEM室的幾何模型，要使用三維建模。建立的幾何模型如圖3所示。

加載激勵(lì)源后的模型圖如圖4所示。

在建立幾何模型的過(guò)程中，我們充分考慮了GTEM室的兩端的特殊情況，對(duì)這兩部分的結(jié)構(gòu)采取了特殊的處理方法。使小室的模型完全符合其實(shí)際工作的狀態(tài)。

GTEM室模型在激勵(lì)頻率為100MHz和500MHz時(shí)的主測(cè)試區(qū)域位置截面的電場(chǎng)分布如下面多圖所示：

通過(guò)設(shè)置場(chǎng)強(qiáng)探頭依次計(jì)算每個(gè)測(cè)試點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)，在每個(gè)頻率上均測(cè)出16個(gè)點(diǎn)的數(shù)值，分析全部16個(gè)點(diǎn)的測(cè)量值，剔除其中偏差較大的4個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，經(jīng)計(jì)算顯示場(chǎng)強(qiáng)在±3dB容差之內(nèi)，即設(shè)計(jì)方案滿足標(biāo)準(zhǔn)場(chǎng)地均勻性的要求。

3 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

GTEM小室的結(jié)構(gòu)總體上可分為接頭部分、主體部分和負(fù)載部分，整體構(gòu)成一個(gè)四棱錐，如圖7所示。

GTEM小室的內(nèi)部，除了呈扇形展開(kāi)的斧形塊和芯板之外，還有一個(gè)重要組成部分，就是匹配負(fù)載。它包括兩個(gè)部分，即低頻段的電阻型匹配負(fù)載和高頻段的微波吸收材料。低頻段的電阻性匹配負(fù)載為0-100MHz的行波傳播提供了精確的50Ω匹配?？紤]到功率容量、熱穩(wěn)定性以及對(duì)電脈沖的耐受性等因素，可采用電阻串并聯(lián)焊接而成的電阻面陣來(lái)作為匹配負(fù)載使用。電阻面陣由并聯(lián)的三塊電阻板組成，這樣做的目的是使電阻面陣的邊緣能接近于圓弧狀。由于GTEM小室的輸入端有時(shí)會(huì)饋入強(qiáng)電場(chǎng)，所以為防止電阻擊穿，在設(shè)計(jì)時(shí)要保證每塊電阻板上串聯(lián)的電阻足夠多，這樣在降低每只電阻功率要求的同時(shí)，也節(jié)約了制造成本，另一方面，為避免產(chǎn)生高壓打火現(xiàn)象，在制作電阻板時(shí)應(yīng)注意去除毛刺。高頻段的吸波材料被用于吸收高于100MHz的入射橫電磁行波。所有的吸波材料都堆砌在GTEM小室的后部封閉端，吸波材料處于同一個(gè)波面，使GTEM小室能獲得較好的匹配性能。

為防止在鋁板拼接后的接縫處產(chǎn)生電磁泄漏，應(yīng)在接縫處用鋁制包條進(jìn)行覆蓋。包條應(yīng)足夠?qū)挘厦娴穆葆斂滓O(shè)計(jì)的盡量靠近，而且螺釘孔的位置應(yīng)該盡量避免橫向接縫，以避免截?cái)嘞浔谏系目v向表面電流。

GTEM側(cè)板的適當(dāng)位置需安裝屏蔽門(mén)以便進(jìn)出。為了使外部的干擾信號(hào)不至于擾亂內(nèi)部分布均勻的電磁場(chǎng)，同時(shí)防止內(nèi)部電磁場(chǎng)泄漏，要保證屏蔽門(mén)的屏蔽效能滿足設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)語(yǔ)

GTEM小室最基本的兩個(gè)電氣特性是阻抗和內(nèi)部場(chǎng)分布，所以準(zhǔn)確計(jì)算特性阻抗，與負(fù)載做到良好匹配，使傳輸室測(cè)試區(qū)的場(chǎng)分布滿足場(chǎng)均勻性要求，是GTEM小室設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

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