CN116315550B - 电、磁场调制微波测试矩形波导 - Google Patents
电、磁场调制微波测试矩形波导 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116315550B CN116315550B CN202310306471.4A CN202310306471A CN116315550B CN 116315550 B CN116315550 B CN 116315550B CN 202310306471 A CN202310306471 A CN 202310306471A CN 116315550 B CN116315550 B CN 116315550B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- rectangular waveguide
- electrode plate
- waveguide
- rectangular
- insulating
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000012360 testing method Methods 0.000 title claims abstract description 47
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 36
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 36
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims abstract description 36
- 230000005684 electric field Effects 0.000 claims abstract description 11
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 claims abstract description 4
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims abstract description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 11
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims description 6
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 5
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000005251 gamma ray Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 230000005477 standard model Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
- H01P3/00—Waveguides; Transmission lines of the waveguide type
- H01P3/12—Hollow waveguides
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
- G01R33/12—Measuring magnetic properties of articles or specimens of solids or fluids
- G01R33/1253—Measuring galvano-magnetic properties
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Testing Electric Properties And Detecting Electric Faults (AREA)
Abstract
本发明公开一种电、磁场调制微波测试矩形波导结构，该波导结构在BJ32矩形波导的结构基础上，在波导腔内上下表面正中间分别开槽，并在矩形波导的上、下外侧打通孔，在槽内安装电极板，安装电极板时，除电极板除面向波导腔内部一面外，四周包裹PTFE绝缘材料，将铜棒穿过通孔与电极板上的螺纹孔连接，通过分别接高电压和接地的铜棒传导，形成高电势差。本发明波导结构用于测试时，两端口分别与32112校准工具箱内的BJ32矩形波导对应的波导转换器连接，波导转换器分别与矢量网络分析仪的两接口连接。完成后可通过矢量网络分析仪对波导内环境进行电磁参数测试。本发明是一种可以添加高电压的改进矩形波导结构，该矩形波导结构可以用于研究测试不同电场强度下对于电磁参数的影响。
Description
技术领域
本发明属于结构设计领域，涉及一种波导结构，具体来说是一种电、磁场调制微波测试矩形波导结构。
背景技术
矩形波导是一种用于测量高频段下材料电磁特性的精密结构，可以出现各种TM模和TE模，以及他们的线性组合，TM波和TE波的传播速度随频率变化，表现出色散特性。
现有比较新型的测试电场的方法是将微型波导集成于集成光波导直流电场传感器内部，通过传感器测试电场中的各项参数。但是这种方法用于测试环境中的电场变化情况，无法在电场环境下对于指定材料的材料电学性能参数进行测试。
发明内容
本发明针对现无关于电、磁场调制微波波导的现状，提供了一种可行的电、磁场调制微波测试矩形波导结构，可以用于研究测试一定环境或材料条件下，不同电场强度下对于电磁参数的影响。
本发明电、磁场调制微波测试矩形波导，包括矩形波导主体、电极板与导电铜棒。
其中，矩形波导主体为以BJ32矩形波导为基础，在BJ32矩形波导的中部矩形通道上下表面中部分别开设上凹槽与下凹槽得到。
上凹槽与凹槽内安装有电极板；同时两个电极板相对一侧面外其余部分包裹绝缘材料；进一步，两根导电铜棒穿过矩形波导侧壁通道分别与电极板相接，且在导电铜棒外套有绝缘套筒；绝缘套筒固定于矩形波导侧壁通道内，通过接入高电压和接地的导电铜棒传导，形成高电势差。
测试时，矩形波导主体中部矩形通道两端口分别与32112校准工具箱内的BJ32矩形波导对应的波导转换器连接，波导转换器再分别与矢量网络分析仪的两接口连接；两个导电铜棒接高压点电箱；测试期间，通过调节导入的电压数值来研究不同电场强度下电磁参数的变化。
本发明的优点在于：
1、本发明电、磁场调制微波测试矩形波导结构，考虑到安全性，使用绝缘材料隔绝金属导体。
2、本发明电、磁场调制微波测试矩形波导结构，可以将改进设计后的矩形波导结构的测量空气电磁参数时S21参数控制在0dB左右，S11参数控制在-20dB以下。误差在较好的范围内。
3、本发明电、磁场调制微波测试矩形波导结构，改进材料成本较低，结构较为稳定。
4、本发明电、磁场调制微波测试矩形波导结构，减小边界误差，部分结构增加圆角。
5、本发明电、磁场调制微波测试矩形波导结构，解决了现无关于电、磁场调制微波波导的现状，对微波环境模拟和微气象电磁参数测试提供了重要技术支持。
附图说明
图1为本发明电、磁场调制微波测试矩形波导结构的整体结构示意图。
图2为本发明电、磁场调制微波测试矩形波导结构中矩形波导开槽位置示意图。
图3为本发明电、磁场调制微波测试矩形波导结构中绝缘导电结构整体示意图。
图4为本发明电、磁场调制微波测试矩形波导结构中绝缘导电结构爆炸视图。
图5为本发明电、磁场调制微波测试矩形波导结构的整体结构爆炸视图。
图6为本发明电、磁场调制微波测试矩形波导的仿真测试空气的S参数效果图。
图7为标准BJ32矩形波导测试空气S参数仿真效果图。
图中：
1-矩形波导 2-导电绝缘结构 201-导电铜棒
202-绝缘套筒 203-绝缘盒体 204-电极板
203a-通孔 204a-盲孔
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
本发明电、磁场调制微波测试矩形波导，包括矩形波导1与导电绝缘结构2，如图1所示。
所述矩形波导1为在BJ32矩形波导结构上进行改进得到。BJ32矩形波导参数为：国标型号BJ32；国际标型号WR284；频率范围为2.60GHz～3.95GHz；截面尺寸为：宽72.14mm，高34.04mm。
在上述BJ32矩形波导上开槽得到本发明所应用的矩形波导1，具体为：
在BJ32矩形波导中部矩形端口通道103上下表面中心位置开设的凹槽，另分别为上凹槽101与下凹槽102，内部安装导电绝缘结构2，如图2所示。上凹槽101与下凹槽102结构尺寸相同，槽口中心分别与BJ32矩形波导中部矩形端口通道103上下表面中心重合，且周向四边分别与BJ32矩形波导中部矩形端口通道103上下表面周向四边平行。上述上凹槽101与下凹槽102的尺寸设计直接影响到矩形波导1对于后续测试数据准确性的影响程度，本发明中设计上凹槽101与下凹槽102尺寸为：长42mm，长18mm，深8mm，使对测试数据准确性影响达到最小。
其中，绝缘盒体203为矩形盒体，与矩形波导1上开设的凹槽等尺寸，正面开有与电极板204等尺寸的电极板安装槽；电极板204通过过盈配合内嵌于电极板安装槽内。电极板204背侧靠近电极板204长方向一端处开有盲孔204a，盲孔204a中心位于电极板204长方向中分线上，且距离电极板204长方向一端端部1/3电极板204长度，且盲孔204a内具有M3×0.5的内螺纹。同时在绝缘盒体203上，位于盲孔204a对应位置处开有与盲孔204a同轴的通孔203a。导电铜棒201穿过通孔203a后，由导电铜棒201端部设计的M3×0.5的外螺纹与盲孔204a的内螺纹配合旋紧，将导电铜棒201与电极板204间固定。同时在导电铜棒201上套接绝缘套筒202。
上述结构的导电绝缘单元2共设计两套，分别安装于矩形波导1的上凹槽101与下凹槽102内，具体为：
如图5所示，将PTFE绝缘盒体203通过过盈配合内嵌于凹槽内固定，使绝缘盒体203的正面与凹槽槽口平面齐平。同时绝缘套筒202过盈配合固定于矩形波导1上开设的与凹槽及矩形波导1外壁导通的通道内，使绝缘套筒202端部与矩形波导1外壁齐平，且导电铜棒2端部位于矩形波导1外部，超出矩形波导1外壁3mm左右，用于电极板204和外接电源间的连接。由此通过绝缘套筒202及绝缘盒体203将矩形波导1与金属导体(导电铜棒201和电极板204)分隔开。
以上述方式安装的两个导电绝缘结构2中，位于下凹槽102内的导电绝缘结构2中导电铜棒201与位于上凹槽101内的导电绝缘结构2中导电铜棒201所在方向相反，即两个导电绝缘结构2中导电铜棒201分别位于矩形波导1纵向中轴线的左右两侧。
上述导电绝缘结构2中，电极板204的尺寸同样会影响到矩形波导1对于后续测试数据准确性的影响程度，因此考虑到对精密波导结构再设计可能产生的影响，设计加工前通过仿真调试设计电极板204的尺寸，将其测量空气电磁参数时S21参数控制在0dB左右，S11参数控制在-20dB以下；最终本发明中设计电极板204尺寸为：长38mm、宽12mm、高6.5mm，使对测试数据准确性影响达到最小。另外考虑到实验时可能产生的边界效应，绝缘盒体203四条高边做圆角。
同时，BJ32矩形波导的截止频率为：其中a和b分别为矩形波导腔内的宽和高；m、n为指定整数；μ为材料磁导率；ε为材料介电常数；v代表已知的波速；γc表示已知的波长。其截止频率不仅与波型和波导尺寸有关，还与波导中所填充的介质有关，另外，其内腔腔体的光滑度直接影响到测试结果。所以对其进行再设计时，需考虑使用材料的介电特质以及设计结构对其内部环境电磁参数的影响。因此本发明中设计电极板204和导电铜棒201材料为T2紫铜，相对介电常数ε′＝1；绝缘套筒202与绝缘盒体203采用PTFE材料，相对介电常数ε′＝2，相对磁导率μ′＝1，电导率σ＝1×10-6S/m。
在上述导电绝缘结构2与矩形波导间安装时，可先将电极板204与绝缘盒体203过盈配合形成整体后，将绝缘盒体过盈配合安装于矩形波导1的凹槽内。随后将绝缘套筒202套于导电铜棒201上，并使绝缘套筒202完全嵌入固定于矩形波导1外壁通道内，进一步拧紧导电铜棒201。安装完毕后，检查装配体整体稳定性和矩形波导1矩形通道103壁面光滑度。
本发明设计的电、磁场调制微波测试矩形波导中，矩形通道103两端口分别与32112校准工具箱内的BJ32矩形波导对应的波导转换器连接，波导转换器分别与矢量网络分析仪的两接口连接，并在矢量网络分析仪中完成设备校准。完成后即可通过矢量网络分析仪对矩形波导1内环境进行电磁参数测试；由于两电极板204之间距离不变，使用电缆连接将两根导电铜棒201接入高压电箱；由此在测试期间可打开高压电箱电闸，缓慢增加电压，通过调节导入的电压数值来研究不同电场强度下电磁参数的变化。
本发明电、磁场调制微波测试矩形波导，是一种可实现形成电势差和磁场的波导。在测试效果上，因为添加电、磁场以及波导加工带来的损耗等因素，S11参数的测试结果相比标准波导结构要高。如图6所示，为本发明电、磁场调制微波测试矩形波导的仿真测试空气的S参数效果图，图中可看出S21参数基本为0，S11参数S11参数在-35dB到-20dB区间。如图7所示，为标准BJ32矩形波导测试空气S参数仿真效果图，可见当标准的BJ32矩形波导测试空气电磁参数时，其S21参数基本为0dB，S11参数在-60dB到-55dB区间。
Claims (2)
1.电、磁场调制微波测试矩形波导，其特征在于：包括矩形波导主体、电极板与导电铜棒；
其中，矩形波导主体以BJ32矩形波导为基础，在BJ32矩形波导的中部矩形通道上下表面中部分别开设上凹槽与下凹槽；两个电极板设置于上凹槽与下凹槽内；上凹槽与下凹槽结构尺寸相同，长42mm，宽18mm，深8mm；槽口中心分别与BJ32矩形波导中部矩形端口通道上下表面中心重合，且周向四边分别与BJ32矩形波导中部矩形端口通道上下表面周向四边平行；
进一步，两根导电铜棒穿过矩形波导侧壁通道分别与电极板相接，且在导电铜棒外套有绝缘套筒；绝缘套筒固定于矩形波导侧壁通道内，通过接入高电压和接地的导电铜棒传导，形成高电势差；
电极板尺寸满足：电极板测量空气电磁参数时S21参数控制在0dB，S11参数控制在-20dB以下；电极板和导电铜棒材料为T2紫铜，相对介电常数；
上述电极板安装时可先固定于绝缘材料制作的盒体内，绝缘盒体为矩形盒体，与矩形波导上开设的凹槽等尺寸，四条高边做圆角；绝缘材料采用PTFE材料，相对介电常数，相对磁导率/>，电导率/>；
绝缘盒体正面开有与电极板等尺寸的电极板安装槽；电极板通过过盈配合内嵌于电极板安装槽内；电极板背侧靠近电极板长方向一端处开有盲孔，盲孔中心位于电极板长方向中分线上，且距离电极板长方向一端端部1/3电极板长度，且盲孔内具有内螺纹；同时在绝缘盒体上，位于盲孔对应位置处开有与盲孔同轴的通孔；导电铜棒穿过通孔后，由导电铜棒端部设计的外螺纹与盲孔的内螺纹配合旋紧，将导电铜棒与电极板间固定；
将绝缘盒体通过过盈配合内嵌于凹槽内固定，使绝缘盒体的正面与凹槽槽口平面齐平；同时绝缘套筒过盈配合固定于矩形波导上开设的与凹槽及矩形波导外壁导通的通道内，使绝缘套筒端部与矩形波导外壁齐平，且导电铜棒端部位于矩形波导外部，超出矩形波导外壁3mm，用于电极板和外接电源间的连接；由此通过绝缘套筒及绝缘盒体将矩形波导与金属导体分隔开；
以上述方式安装的两个导电绝缘结构中，位于下凹槽内的导电绝缘结构中导电铜棒与位于上凹槽内的导电绝缘结构中导电铜棒所在方向相反，即两个导电绝缘结构中导电铜棒分别位于矩形波导纵向中轴线的左右两侧。
2.如权利要求1所述电、磁场调制微波测试矩形波导，其特征在于：测试时，矩形波导主体中部矩形通道两端口分别与32112校准工具箱内的BJ32矩形波导对应的波导转换器连接，波导转换器再分别与矢量网络分析仪的两接口连接；两个导电铜棒接高压电箱；测试期间，通过调节导入的电压数值来研究不同电场强度下电磁参数的变化。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310306471.4A CN116315550B (zh) | 2023-03-27 | 2023-03-27 | 电、磁场调制微波测试矩形波导 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310306471.4A CN116315550B (zh) | 2023-03-27 | 2023-03-27 | 电、磁场调制微波测试矩形波导 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116315550A CN116315550A (zh) | 2023-06-23 |
| CN116315550B true CN116315550B (zh) | 2023-12-19 |
Family
ID=86777821
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310306471.4A Active CN116315550B (zh) | 2023-03-27 | 2023-03-27 | 电、磁场调制微波测试矩形波导 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116315550B (zh) |
Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE1012376B (de) * | 1955-05-23 | 1957-07-18 | British Thomson Houston Co Ltd | Verfahren zur hermetischen Abdichtung eines elektrischen Gleichrichters |
| CN1143858A (zh) * | 1995-03-22 | 1997-02-26 | 株式会社村田制作所 | 介电谐振器以及使用这种介电谐振器的介电谐振器装置 |
| CN102590637A (zh) * | 2012-03-19 | 2012-07-18 | 厦门大学 | 微波介质涂层电控检测装置及其检测方法 |
| RU2473166C1 (ru) * | 2011-11-21 | 2013-01-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Исток" (ФГУП НПП "Исток") | Смеситель свч |
| CN202839926U (zh) * | 2012-06-25 | 2013-03-27 | 世达普(苏州)通信设备有限公司 | 微型波导型环行器 |
| CN104090171A (zh) * | 2014-07-23 | 2014-10-08 | 电子科技大学 | 具有开孔短路板的材料复介电常数测试系统及方法 |
| CN205159481U (zh) * | 2015-10-23 | 2016-04-13 | 中国电子科技集团公司第十六研究所 | 一种具有工作频段可调功能的波导与微波过渡电路 |
| CN205319330U (zh) * | 2016-01-20 | 2016-06-15 | 广东天珩通电子科技有限公司 | 一种机械式自动极化调节装置及动中通天线系统 |
| CN107087339A (zh) * | 2017-07-03 | 2017-08-22 | 李容毅 | 一种双腔激励的增强型微波等离子体炬发生装置 |
| CN213977914U (zh) * | 2020-09-27 | 2021-08-17 | 绍兴澳能金属有限公司 | 一种有色金属冶炼的高电效悬挂棒 |
| CN113687148A (zh) * | 2021-08-31 | 2021-11-23 | 华南理工大学 | 一种电磁参数测量系统及其测量方法 |
-
2023
- 2023-03-27 CN CN202310306471.4A patent/CN116315550B/zh active Active
Patent Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE1012376B (de) * | 1955-05-23 | 1957-07-18 | British Thomson Houston Co Ltd | Verfahren zur hermetischen Abdichtung eines elektrischen Gleichrichters |
| CN1143858A (zh) * | 1995-03-22 | 1997-02-26 | 株式会社村田制作所 | 介电谐振器以及使用这种介电谐振器的介电谐振器装置 |
| RU2473166C1 (ru) * | 2011-11-21 | 2013-01-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Исток" (ФГУП НПП "Исток") | Смеситель свч |
| CN102590637A (zh) * | 2012-03-19 | 2012-07-18 | 厦门大学 | 微波介质涂层电控检测装置及其检测方法 |
| CN202839926U (zh) * | 2012-06-25 | 2013-03-27 | 世达普(苏州)通信设备有限公司 | 微型波导型环行器 |
| CN104090171A (zh) * | 2014-07-23 | 2014-10-08 | 电子科技大学 | 具有开孔短路板的材料复介电常数测试系统及方法 |
| CN205159481U (zh) * | 2015-10-23 | 2016-04-13 | 中国电子科技集团公司第十六研究所 | 一种具有工作频段可调功能的波导与微波过渡电路 |
| CN205319330U (zh) * | 2016-01-20 | 2016-06-15 | 广东天珩通电子科技有限公司 | 一种机械式自动极化调节装置及动中通天线系统 |
| CN107087339A (zh) * | 2017-07-03 | 2017-08-22 | 李容毅 | 一种双腔激励的增强型微波等离子体炬发生装置 |
| CN213977914U (zh) * | 2020-09-27 | 2021-08-17 | 绍兴澳能金属有限公司 | 一种有色金属冶炼的高电效悬挂棒 |
| CN113687148A (zh) * | 2021-08-31 | 2021-11-23 | 华南理工大学 | 一种电磁参数测量系统及其测量方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN116315550A (zh) | 2023-06-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Judd et al. | Broadband couplers for UHF detection of partial discharge in gas-insulated substations | |
| CA1204160A (en) | Method and apparatus for measuring the surface transfer impedance of a piece of shielded cable | |
| Yadam et al. | Numerical and experimental investigations on influence of internal defect parameters on partial discharge induced UHF signals in gas insulated switchgear | |
| CN113049883B (zh) | 一种基于耦合微带线的单纤维介电常数测试装置 | |
| CN116315550B (zh) | 电、磁场调制微波测试矩形波导 | |
| CN106970344B (zh) | 一种降低开路器校准件边缘电容的方法及开路器校准件 | |
| US20150035522A1 (en) | Device For Direct Microwave Measurement of Permeability as a Function of High DC Voltage | |
| CN205810409U (zh) | 宇航用大功率射频同轴电缆组件 | |
| US9470731B1 (en) | Transverse electromagnetic cell | |
| CN105891261A (zh) | 基于双模式传输线结构的镀层材料无源互调在线测试装置 | |
| Hoek et al. | Emission and propagation mechanisms of PD pulses for UHF and traditional electrical measurements | |
| CN105954619A (zh) | 场敏感型电磁脉冲防护材料性能测试装置 | |
| CN206557368U (zh) | 一种开路器校准件 | |
| Hoek et al. | Propagation mechanisms of PD pulses for UHF and traditional electrical measurements | |
| Huamao et al. | Study on the disc sensor based on the cavity mold theory | |
| Alotto et al. | Parametric analysis and optimization of the shape of the transitions of a two-port rectangular TEM cell | |
| KR0144827B1 (ko) | 6단자 티이엠셀 | |
| CN106872755A (zh) | 用于测量感性负载中低频电流的监测装置 | |
| Halme et al. | EMC of Cables, Connectors and Components with Triaxial Test set-up | |
| Shin et al. | Extraction of propagation constant of XLPE cable using time-domain transmission | |
| KR20000021422A (ko) | 결합전송선로셀 | |
| Hattenhorst et al. | An equidistantly stepped waveguide TE 11-TE 01-mode converter for millimeter wave radar applications | |
| Jahangir et al. | UHF PD Measurements on Power Transformers-Sensitivity Investigations | |
| Li et al. | The influence of T-shaped structure on partial discharge radiated electromagnetic wave propagation in GIS | |
| Hoek et al. | Distribution and propagation mechanisms of PD pulses for UHF and traditional electrical measurements |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |