吉赫宽带电磁场测量与校准系统

　　1 引言

　　随着广播、电视、电子、移动通信和计算机等技术的迅猛发展,工业、科研、医疗及环保等部门对高频、微波电磁场的计量与测试需求日趋增长,对测量准确度也提出了更高的要求。这不仅表现在国际上对电子仪器设备的电磁波幅射干扰(EMI)和干扰承受度(EMs),即电磁兼容性(EMC)制定了更严格的规定,所要求测试的频带范围愈来愈宽广,而且对空间和人们生活及工作的环境的电磁场强度也作出了程度不同的限定。如何计量宽频带电磁场强度,校准宽带电磁场强仪,保证量值的准确一致可靠,以及准确测定仪器设备的电磁兼容性已引起人们极木的关注和重视。

　　早期人们采用平行金属板形成电磁场,以后又发展为用平行板式传输线建立高频电磁场。为改善阻抗匹配及抑制电磁波对外辐射,70年代美国率先研制了全封闭式模拟自由空间电波传播的横电磁波传输室(TEMcell),美国NlsT(NBs)为此作了大量深人的理论分析和测量实验工作,并用作高频标准电磁场测量装置,覆盖了20kHz~500MHz频率范围。英国NPL、德国PTB和我国NIM等也先后购置或自行研制了多种不同尺寸的TEM室,建立了高频标准电磁场。但由于TEM室本身结构的限制,在高频段会产生TEM波的高阶模式,出现谐振截止现象;此外,其内部容积与频率成反比,即若要得到较大的均匀场区,只能工作在频率较低的范围,从而制约了对中、大型被测物在较高频段的测量。

　　近年来,D.Hansen等最先提出了吉赫横电磁波传输室(GTEMoell)的崭新设想,并发表了研究和实验结果。GTEMoen采用新的结构设计,避免了高阶模式的产生,且其内部容积的大小与频率无关,使在高频段的均匀场区大为扩大。据报道,其使用频率范围可从0一20GHz乡几乎达到同轴及矩形传输线传送电磁波频率的上限。

　　我们于1992年研制完成的GTEMcen,在3000MHz频率范围内对其电性能进行了测定,电场强度可从1μv/m一直测100v/m(取决于输人信号功率的大小),回波损耗大于16dB(VSWR<1.35),时域阻抗Z=50士2Ω。与TEM室标准场装置低频段比对的一致性小于1.5dB。

　　2系统的基本原理与构成

　　GTEM ceH是根据同轴及非对称矩形传输线原理设计的。为避免内部电磁波的反射及产生高阶模式和谐振,总体设计为尖劈型。输人端采用N型同轴接头,尔后渐变致非对称矩形传输以减少因结构突变所引起的电波反射,为使其达到良好的匹配并获得较大的均匀场区,选取并调测了合适的角度及芯板宽度和非对称性。为使球面TEM波从源输人端到负载不产生时间及相位差,并具有良好的高低频特性,终端采用电阻式匹配网络与高性能吸波材料组合成的复合负载结构。如图1所示的非对称矩形传输线特性阻抗Z和单位长度电容C分别为: