開放式橫電磁波傳輸室研究

肖猛

摘 要 通過橫電磁波傳輸室的應用，能夠產生相對較為均勻的平面橫電磁波，當前被廣泛應用于測試小型電子設備的電磁兼容性以及標定電磁場傳感器等領域。基于此，本文簡要闡述了開放式橫電磁波傳輸室的基本特征，并以帶狀線為基礎，分析了帶狀線以及特性阻抗的基本原理，最后對傳輸室進行了阻抗、電壓傳輸系數與電壓駐波之間的比例進行了測試。

關鍵詞 橫電磁波;傳輸室;帶狀線

1橫電磁波傳輸室相關概念簡述

1.1 橫電磁波傳輸室

橫電磁波傳輸室主要是一種對同軸線進行改良與優化而得出的封閉結構，能夠模擬與自由空間遠場區域具有相同電磁波特性的自由空間環境。一般而言其具備以下幾個方面的特征：第一，橫電磁波傳輸室的工作頻段覆蓋了極低的頻率到1GHz以上的高頻率，相比之下有著較強的激勵效率，獲得高場強的概率也更高。第二，橫電磁波傳輸室所需要的設備數量相對較少，實驗空間相對較小，成本支出較低，操作簡易，所獲得的實驗結果較為精確。

1.2 開放式橫電磁波傳輸室

開放式橫電磁波最早是在1978年被用于核電磁脈沖研究領域之中，對于小型電子設備所產生的電磁脈沖效應有著較為重要的影響。一般而言，開放式橫電磁波傳輸室能夠被視為一段矩形同軸傳輸線，主要包含了錐形過渡段、主傳播段以及同軸轉接頭，其中矩形部分的兩端逐漸過渡到了同軸轉接頭之中，進而與同軸連接器產生緊密的聯系，相關人員在應用傳輸室時會讓同軸轉接頭在同軸電纜之中直接連接至信號發生器，而另一個端口的轉接頭則直接連接至信號接收器以及標準匹配負載。在當前應用較為廣泛的同軸傳輸手段之下，開放式橫電磁波傳輸室始終處于一個密閉狀態，對于標定電磁場傳感器以及觀測傳輸效應有著不利的影響。通過帶狀線的應用，則能夠實現對同軸電纜的完美代替，進而使得傳輸器中的無源器件具備較強的靈敏程度以及隔離程度[1]。

2帶狀線及特性阻抗

2.1 帶狀線結構

帶狀線又被稱之為三板線，主要是由三塊接地板組成，如若將上下兩塊接地板的寬度設置為a，將二者之間的間距設置為b，中間截面矩形導體的寬度設置為w，厚度設置為t，并且在接地板與導體之間都通過均勻介質進行填充，這樣一來就能夠對帶狀線TEM導波進行有效傳輸。與同軸線模式下的橫電磁波傳輸室類似，在帶狀線結構下進行信號傳輸時也有著高次TE模以及TM模。為了有效防止高次TE模的出現對信號傳輸所產生的不利影響，一般通過合理設置帶狀線尺寸來達到目的，a一般是W的5至6倍，，，其中主要是指帶狀線截止頻率所對應的波長。

2.2 特性阻抗

如若t=0，就可以通過單位長度分布電容C來計算出帶狀線所具備的特性阻抗，計算公式如下：

其中主要是指填充介質的介電常數;主要是指中心導體所具備的有效寬度，如若，那么

通過分布電容的特征能夠獲得計算特性阻抗的公式如下：

其中主要是指填充介質的相對介電常數，一般是選用空氣作為填充介質;主要是指帶狀線的相速度，c主要是指光速[2]。

如若t>0，那么W的計算公式如下：

3測試結果分析

3.1 特性阻抗測試結果

本文主要是通過時域阻抗測試儀器來測試帶狀線開放式橫電磁波傳輸室的特性阻抗，得出了這一傳輸室在電磁波的傳輸方向中特性阻抗在50.0到54.1Ω這一范圍之內，平均值達到了52.2Ω，由此能夠得出這一開放式橫電磁波傳輸室的特性阻抗并未有著較為激烈的變化，相對而言較為平穩，特別是在帶狀線T橫電磁波周圍的過度結構之中并未讓特性阻抗有著較為顯著的變化，實際測試結果與預計測試結果出入不大。

3.2 電壓傳輸系數和電壓駐波之間的比值測試結果

本文主要是通過網絡分析儀器來測試帶狀線開放式橫電磁波傳輸室的端口電壓傳輸系數，得出了當頻率達到了573MHz之后，其電壓傳輸系數就會產生-1.67dB的變化量;當頻率達到了711MHz之后，其電壓傳輸系數就會產生-6.2dB的變化量，從整體來看，當頻率維持在0至600MHz這一范圍之內，電壓傳輸系數并不會有這1.67dB的變化量，但在366MHz、196MHz以及64MHz這三個頻率點以及周圍頻帶內端口有著相對較大的反射效果，主要是因為傳輸室端口的結構產生了一定的變化，進而引發了相應的諧振作用，但總的來說影響不大。

而帶狀線開放式橫電磁波傳輸室的電壓駐波測試同樣使用了網絡分析儀器，結果顯示還是在366MHz、196MHz以及64MHz這三個頻率點以及周圍頻帶內端口有這相對較大的反射效果，并且在頻率小于628MHz時，RVSWR小于2.2。最后將二者進行對比，能夠看出相比于傳統橫電磁波傳輸室，引入帶狀線思想的開放式橫電磁波傳輸室工作狀態顯得更為穩定，容錯率較高，有著較大的應用價值[3]。

4 結束語

綜上所述，通過對開放式橫電磁波傳輸室的實際測試，其具有良好的操作性，可提升效應觀測水平。后續相關工作人員可以通過對上下工作空間的不對稱設計及提高工作空間高度等，擴展應用環境，以適應中型電子系統的電磁脈沖效應研究。

參考文獻

[1] 劉星汛，齊萬泉，黃承祖，等. 一種用于電場探頭校準的同心錐形橫電磁波傳輸室[C]. 中國電子學會.2019年全國微波毫米波會議論文集（上冊）.中國電子學會：中國電子學會微波分會，2019：165-167.

[2] 李新峰，魏光輝，潘曉東，等.導線貫通金屬腔體端接負載電磁脈沖響應規律[J].微波學報，2015，31（4）：9-15.

[3] 李新峰，魏光輝，潘曉東，等.含長貫通導線腔體電磁耦合數值分析與實驗研究[J].電波科學學報，2014，29（6）：1189-1195.