ТЕМ-КАМЕРА Российский патент 1998 года по МПК H01Q17/00 G01R29/08 

Изобретение относится к устройствам для испытаний на электромагнитную совместимость электронных приборов, для исследований воздействия электромагнитного поля на живые организмы, для калибровки датчиков электромагнитного поля и т.д. и представляет собой расширяющуюся прямоугольную коаксиальную линию с комбинированной нагрузкой из высокочастотных поглотителей и омических сопротивлений (GTEM-камеру).

Известна TEM-камера [1], представляющая собой отрезок коаксиальной линии прямоугольного сечения, с одной стороны у которого имеется конический переход к узлу подключения генератора сигналов, а с другой стороны размещена комбинированная нагрузка, состоящая из омических сопротивлений и стенки пирамидального поглощающего материала. Внутренний проводник расположен асимметрично по высоте и выполнен из некоторого количества проволочных проводников.

Внешний и внутренний проводники камеры имеют изломы в районе соединения конического перехода с прямоугольной коаксиальной линией. На этих неоднородностях возникают высшие типы волн, которые приводят к искажению испытательного поля на частотах резонансов высших типов волн и, следовательно, к ограничению рабочего частотного диапазона камеры.

Выполнение внутреннего проводника из отдельных проволочек требует использования дополнительных конструктивных элементов, а также трудоемкого процесса натяжения каждой проволоки. Кроме того, отсутствует возможность подстройки волнового сопротивления по длине TEM-камеры.

Провода, из которых состоят центральный проводник, расположены на разной высоте над нижней плоскостью внешнего проводника, что, согласно [1], позволяет увеличить область равномерного поля. Однако, в [1] не указано, какую конкретно форму имеет сечение центрального проводника и является ли выбранная форма оптимальной.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению техническим решением является GTEM-камера [2], у которой внешний проводник имеет форму прямоугольной расширяющейся пирамиды. В основании внешнего пирамидального расширяющегося проводника на сферической панели, расположены высокочастотные поглотители и резистивная нагрузка. Со стороны вершины пирамидального расширяющегося проводника имеется согласованный переход к генератору сигналов. К внешнему пирамидальному расширяющемуся проводнику на диэлектрических нитях асимметрично по высоте подвешен жесткий плоский внутренний проводник. С целью обеспечения постоянного волнового сопротивления в области поглощающего материала внутренний проводник разделен на несколько (предпочтительно на три) линий, каждая из которых подключена к омическому сопротивлению.

В TEM-камере с плоским внутренним проводником вертикальная составляющая электрического поля в рабочем объеме имеет максимальное значение в средней плоскости объема и монотонно спадает вдоль горизонталей по направлению к боковым стенкам камеры, на которых она равна нулю, поэтому равномерность рабочего объема уменьшается. Использование плоского внутреннего проводника не позволяет улучшить равномерность поля в рабочем объеме путем изменения его формы.

Для того, чтобы избежать прогиба, плоский внутренний проводник должен иметь достаточную жесткость, которую можно получить либо увеличивая толщину, а, следовательно, и вес проводника, либо усложняя его конструкцию, например, применяя дорогостоящие сотовые панели. В любом случае это исключает возможность подстройки волнового сопротивления с помощью изменения формы сечения внутреннего проводника.

Разделение внутреннего проводника прототипа в области поглощающего материала на которое количество линий таким образом, чтобы на каждой линии находился одинаковый поверхностный заряд, требует тщательного экспериментального подбора поперечны размеров линий. Кроме того, это не гарантирует в полной мере согласование камеры, так как не учитывает уменьшение суммарного волнового сопротивления всех линий в целом из-за емкостного влияния поглощающего материала.

Изобретение направлено на решение следующих задач: улучшение испытательного поля камеры (уменьшение погрешности испытаний в TEM-камере за счет уменьшения неравномерности поля в рабочем объеме), создание возможности подстройки волнового сопротивления камеры, упрощение конструкции устройства.

Техническим результатом является увеличение поля под опушенными краями внутреннего проводника и компенсация нежелательного уменьшения вертикальной составляющей электрического поля вдоль горизонталей по направлению к боковым стенкам камеры.

Техническими результатами также являются: изменения радиуса сечения внутреннего проводника вдоль камеры с помощью подбора длины стягивающих диэлектрических шнуров, уменьшение толщины внутреннего проводника за счет увеличения жесткости его конструкции при стягивании, размещение высокочастотных поглотителей на плоской панели.

Поставленные задачи решаются за счет того, что в TEM-камере, содержащей внешний пирамидальный расширяющийся замкнутый проводник, внутри которого в непосредственной близости от основания установлена комбинированная нагрузка, выполненная из поглощающей панели высокочастотных поглотителей и омических сопротивлений, и асимметрично расположен внутренний проводник, выполненный из проводящего листа, переходящего в области нагрузки в плоскую пластину меньшей ширины, проходящую через поглощающую панель и соединенную с омическими сопротивлениями, при этом со стороны вершины внешнего пирамидального расширяющегося замкнутого проводника установлен согласованный переход для подключения генератора сигналов, внутренний проводник выполнен не плоским, а в форме части боковой поверхности конуса с радиусом сечения R, определяемым соотношением:
R = (0,25 - 0,3) • (A + B), где: A и B - соответственно ширина и высота поперечного сечения внешнего пирамидального расширяющегося замкнутого проводника TEM-камеры, B = (0,7 - 1,0) • A.

При изгибе внутреннего проводника поле под опущенными его краями увеличивается и компенсирует нежелательное уменьшение вертикальной составляющей поля в рабочем объеме, причем степень компенсации растет с уменьшением радиуса изгиба. Существует указанный выше оптимальный радиус изгиба внутреннего проводника, при котором поле в рабочем объеме практически постоянно вдоль горизонталей. При радиусе изгиба больше оптимального компенсация недостаточна, и поле в рабочем объеме все еще уменьшается по направлению к боковым стенкам. При радиусе изгиба меньше оптимального компенсация избыточна, и поле в указанном направлении растет.

Оптимальный радиус некоторого сечения внутреннего проводника определен расчетным методом. График зависимости величины неравномерности поля в поперечном сечении рабочего объема от радиуса изгиба имеет характерный минимум (фиг.4).

Выбором радиуса сечения конуса равным оптимальному была на 0,5-1,0 дБ улучшена равномерность основной составляющей поля и уменьшена паразитная поперечная составляющая поля в рабочем объеме TEM-камеры.

Простая и эффективная подстройка волнового сопротивления камеры достигается путем незначительного изменения радиуса изгиба внутреннего проводника с помощью небольшого изменения длины стягивающих диэлектрических шнуров.

Упрощение конструкции устройства осуществляется за счет выполнения внутреннего проводника из тонкого проводящего листа треугольной формы, стянутого диэлектрическими шнурами. При стягивании диэлектрическими шнурами тонкого металлического листа получается простая, легкая и жесткая конструкция внутреннего проводника, которая не изменяет своей формы при подвешивании ее с помощью нескольких диэлектрических растяжек внутри внешнего пирамидального расширяющегося замкнутого проводника камеры.

Поглощающая панель расположена параллельно основанию внешнего пирамидального расширяющегося замкнутого проводника TEM-камеры и имеет плоскую форму, что позволяет облегчить и упростить ее конструкцию по сравнению со сферической панелью. Увеличение отраженной волны при этом не происходит, поскольку отражения от отдельных поглотителей складываются несинфазно.

Внутренний проводник может быть выполнен с цилиндрическими закругленными краями по всей длине. При этом, благодаря уменьшению максимальной величины напряженности электрического поля на краях внутреннего проводника, увеличивается допустимое рабочее напряжение камеры.

На фиг. 1 изображена TEM-камера: а) вид сбоку, б) вид сверху; на фиг. 2 показано поперечное сечение TEM-камеры; на фиг. 3 изображен вид сверху на внутренний проводник в районе поглощающей нагрузки и подключение его к омической нагрузке; на фиг. 4 изображена зависимость неравномерности поля в поперечном сечении рабочего объема от радиуса изгиба внутреннего проводника.

TEM-камера (фиг. 1) содержит внешний пирамидальный расширяющийся замкнутый проводник 1, внутри которого асимметрично расположен внутренний проводник 2, который имеет форму части поверхности кругового конуса. Со стороны вершины внешнего прямоугольного расширяющегося замкнутого проводника имеется согласованный переход 3 для подключения генератора сигналов, а в непосредственной близости от основания внешнего пирамидального расширяющегося проводника установлена поглощающая панель 4, которая имеет форму плоского прямоугольника. На поглощающей панели закреплены высокочастотные поглотители 5, выполненные в форме пирамиды.

Внутренний проводник подвешен внутри внешнего пирамидального расширяющегося замкнутого проводника на диэлектрических растяжках 6 (фиг.2). Внутренний проводник выполнен из гибкого проводящего листа треугольной формы стянутого диэлектрическими шнурами 7, которые придают внутреннему проводнику форму части поверхности оболочки конуса.

Для увеличения пробивного напряжения промежутка между внутренним и внешним проводниками камеры края внутреннего проводника скруглены цилиндрической трубкой 8.

В районе поглощающей панели внутренний проводник переходит в прямоугольную пластину 9 (фиг.3) меньшей ширины, которая подбирается экспериментально, исходя из величины диэлектрической проницаемости поглощающего материала конических поглотителей. Уменьшение ширины внутреннего проводника в области поглощающих пирамид компенсирует увеличение погонной емкости в зоне поглощающего материала, упрощает подгонку перехода с одной ширины на другую, а также позволяет выполнить омическую нагрузку между задней стенкой внешнего проводника и внутренним проводником включены омические сопротивления 10.

TEM-камера работает следующим образом.

При подаче напряжения на вход камеры в ней возбуждается бегущая сферическая TEM волна, которая поглощается комбинированной нагрузкой, состоящей из омических сопротивлений и высокочастотных показателей, установленных на плоской панели ив конце камеры.

Картина распределения поля TEM волны и равномерность испытательного поля в поперечном сечении рабочего объема камеры зависит от формы внутреннего проводника, а в продольном направлении - от постоянства волнового сопротивления вдоль камеры и от величины отражений от нагрузки. Под изогнутыми вниз краями внутреннего проводника происходит увеличение амплитуд поля TEM волны, в результате чего поле в поперечном сечении рабочего объема, расположенном между внутренним проводником и нижней плоскостью внешнего пирамидального расширяющегося замкнутого проводника, становится почти равномерно. Постоянство волнового сопротивления камеры обеспечивается его предварительной подстройкой.

При падении сферической волны на плоскую поглощающую панель отражение от отдельных поглотителей практически не меняются, поскольку падение волны на поглотитель остается близким к нормальному, но складываются они несинфазно, поэтому суммарная отраженная волна будет меньше, чем у сферической панели.

Изобретение относится к устройствам для испытания на электромагнитную совместимость электронных приоров, для исследований воздействия электромагнитного поля на живые организмы, для калибровки датчиков электромагнитного поля и представляет ТЕМ камеру, содержащую внешний пирамидальный замкнутый проводник, внутри которого в непосредственной близости от основания установлена комбинированная нагрузка, выполненная из поглощающей панели высокочастотных поглотителей и омических сопротивлений и асимметрично расположен внутренний проводник, выполненный из проводящего листа, переходящего в области нагрузки в плоскую пластину меньшей ширины, проходящую через поглощающую панель и соединенную с омическими сопротивлениями, при этом со стороны вершины пирамиды установлен согласованный переход для подключения генератора сигналов, отличающаяся тем, что внутренний проводник выполнен в форме части боковой поверхности конуса с радиусом сечения R, определяемым соотношением:
R = (0,25 ^oC 0,3) • (A + B),
где:
A и B - соответственно ширина и высота поперечного сечения внешнего проводника ТЕМ камеры, B = (0,7^oC0,1) • A.

Использование изобретения позволяет уменьшить погрешность испытаний в TEM камере за счет уменьшения неравномерности поля в рабочем объеме, создать возможность подстройки волнового сопротивления камеры и упростить ее конструкцию. 3 з. п. ф-лы, 4 ил.

1. ТЕМ-камера, содержащая внешний пирамидальный расширяющийся замкнутый проводник, внутри которого в непосредственной близости от основания установлена комбинированная нагрузка, выполненная из поглощающей панели высокочастотных поглотителей и омических сопротивлений, и асимметрично расположен внутренний проводник, выполненный из проводящего листа, переходящего в области нагрузки в плоскую пластину меньшей ширины, проходящую через поглощающую панель и соединенную с омическими сопротивлениями, при этом со стороны вершины внешнего пирамидального расширяющегося замкнутого проводника установлен согласованный переход для подключения генератора сигналов, отличающаяся тем, что внутренний проводник выполнен в форме части боковой поверхности конуса с радиусом сечения R, определенным соотношением
R (0,25 0,3) • (А + В),
где А и В соответственно ширина и высота поперечного сечения внешнего пирамидального расширяющегося замкнутого проводника ТЕМ-камеры;
В (0,7 1,0) • А. 2. ТЕМ-камера по п. 1, отличающаяся тем, что края внутреннего проводника стянуты диэлектрическими шнурами, образующими жесткую конструкцию. 3. ТЕМ-камера по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что внутренний проводник выполнен с цилиндрическими закругленными краями по всей длине. 4. ТЕМ-камера по п. 1, отличающаяся тем, что поглощающая панель выполнена плоской и расположена параллельно основанию внешнего пирамидального расширяющегося замкнутого проводника ТЕМ-камеры.