[发明专利]同心锥形TEM室及其传输段内外导体半夹角的设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及同心锥型TEM室。更具体地，涉及一种同心锥形TEM室及其传输段内外导体夹角的设计方法。

背景技术

同心锥形TEM室就是一种基于标准场法的场强产生装置，与TEM室、GTEM室相比，同心锥形TEM室可产生200MHz～40GHz宽频带的电磁场，可用于建立宽带场强校准系统，满足场强探头的全频段、宽带扫频校准需求。同心锥TEM室，由美国国家标准与技术研究院NIST最早于1999年研制，与同轴传输线类似，是一种双导体传输线，采用轴对称结构，由同轴馈电、阻抗匹配段、传输段、终端负载及吸波材料等几部分组成，其结构示意图如图1所示，同轴馈电为同心锥形TEM室提供输入功率，阻抗匹配段将同轴导线50Ω特性阻抗变换到传输段特性阻抗，终端负载及吸波材料用于吸收电磁波，降低整个系统的驻波损耗，最终在两个金属同心锥体之间的空腔内产生均匀的TEM波，形成可计算的标准场强。同心锥形TEM室为了满足宽频带，内部为多模传输，传输段内外导体结构设计决定了高阶模的数量，而同心锥形TEM室里高阶模数量越多对TEM室里的标准场强将影响越大，高阶模数量越少同心锥形TEM室性能越好。同心锥形TEM室的性能还与高阶模截止频率有关，高阶模截止频率越高，说明同心锥形TEM室所能用到的工作频率越宽，性能越好。所以在设计时，主要考虑减少高阶模的数量，其次也要考虑提高高阶模的截止频率。同心锥形TEM室的尺寸结构决定了没办法消除高阶模，只能尽可能的减少高阶模的数量，并在此基础上提高阶模的截止频率。

美国NIST设计的同心锥形TEM室传输段的内导体半夹角为θ₁＝1.895°，外导体半夹角为θ₂＝10°，通过美国设计的同心锥结构尺寸，计算其高次模的截止波长如图2所示，其高阶模的截止波长与馈电点到测试探头的距离r相关，在测试区内横截面方向外导体半径减去内导体半径为0.2m处测量馈电点到测试探头的距离r，并计算此处的高阶截止频率，高阶模的截止频率如表1所示：

表1同心锥形TEM室高阶模截止频率统计表

对于以上传输段结构，在工作频段200MHz～40GHz范围内前几阶模次内高阶模数量较多，将会影响标准场质量。通过改变同心锥TEM室的内外导体半夹角，可以减少高阶模的数量，将有利于保证场均匀性。

因此，需要提供一种同心锥形TEM室传输段内外导体半夹角的计算方法。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种同心锥形TEM室。

本发明的另一个目的在于提供一种同心锥形TEM室传输段内外导体半夹角的设计方法。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种同心锥形TEM室，该TEM室包括阻抗匹配段，同轴双导体传输段，终端负载和吸波材料，同轴双导体传输段的内导体半夹角为1.5136°且外导体的半夹角为8°。

优选地，该TEM室的传输段特性阻抗的取值范围为75Ω至125Ω。

优选地，该TEM室的测试区径向空间约为0.2m×0.2m×0.2m。

一种同心锥形TEM室传输段内外导体半夹角的设计方法，该方法包括如下步骤：

S1、根据该同心锥形TEM室传输段的使用要求，选择其特性阻抗Z_C以及外导体半夹角θ₂与内导体半夹角θ₁之比θ₂/θ₁；

S2、根据选定的同心锥形TEM室传输段特性阻抗Z_C和外内半夹角之比θ₂/θ₁，计算不同的同心锥形TEM室传输段内外导体半夹角所对应的同心锥形TEM室传输段的高阶模数量，选取最少高阶模数量所对应的内外导体半夹角，作为该同心锥形TEM室传输段内外导体半夹角。

优选地，该方法进一步包括步骤：

S3、根据该同心锥形TEM室传输段内外导体半夹角，计算该同心锥形TEM室传输段高阶模截止频率，对比该同心锥形TEM室与现有同心锥形TEM室的性能。

优选地，步骤S1中同心锥形TEM室传输段特性阻抗Z_C的取值范围为75Ω至125Ω。

优选地，步骤S1中同心锥形TEM室传输段特性阻抗Z_C和其外导体半夹角θ₂与内导体半夹角θ₁之比θ₂/θ₁的关系表示为公式：