CN205176171U - 矩形波导测试装置和系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种矩形波导测试装置和系统。所述装置由两个相同的矩形波导组件组成。这两个矩形波导组件各自由矩形波导管和波导法兰盘固定而成。通过至少两个固定件固定两个波导法兰盘来连接两个矩形波导组件。每一个矩形波导管的顶壁或底壁上都具有开口，这两个开口关于两个波导法兰盘的接合面对称。在这两个开口处分别匹配地固定有同轴-矩形波导转换器。所述系统包括信号发生器、所述装置以及信号接收器。所述装置和系统可测试的电磁波的频率范围更宽，并且可测试电磁屏蔽材料在TE波或TM波下的电磁屏蔽效能。

Description

矩形波导测试装置和系统

技术领域

本实用新型一般涉及一种用于测试电磁屏蔽材料的屏蔽效能(shieldingeffectiveness)的装置和系统，更具体地涉及一种用于测试平面型电磁屏蔽材料的屏蔽效能的矩形波导装置和系统。

背景技术

电磁辐射(或称EMR)广泛存在于人们的日常生活中。某些电磁辐射会对人的生产、生活乃至健康产生不利的影响。因此，为防护电磁辐射产生的不利影响，各种电磁屏蔽材料应运而生，并逐渐在电力、航空、航天、环境、通信、国防和人体健康防护等领域发挥着重要的作用。作为一种功能性新材料，电磁屏蔽材料成已为工业发展的必然需求，并在高端装备产品、新兴产业装备、关键基础产品中有着广泛的应用。因此，电磁屏蔽材料也成为“十二五”期间重点发展的战略性新兴产业之一。

衡量一种电磁屏蔽材料的电磁屏蔽性能的一个重要参数是屏蔽效能。屏蔽效能被定义为：电磁场中的同一处在没有屏蔽材料存在时的电磁场强度与存在屏蔽材料时的电磁场强度的比值，其表征了屏蔽材料使电磁波衰减的程度，通常用分贝(dB)来表示。

对于平面型电磁屏蔽材料的屏蔽效能，目前较成熟的测试方法主要是根据美国国家标准局(NBS)和美国材料试验协会(ASTM)等机构的理论分析和大量实验验证得到的。具体而言，常用的方法有ASTMES-7同轴传输线法、ASTMD-4935法兰同轴法，此外，还有我国的国家标准GB/T30142-2013规定的法兰同轴法、屏蔽室法等。

法兰同轴测试法是一种模拟远场环境来测试屏蔽材料的屏蔽效能的方法。根据电磁波在同轴传输线内传播TEM横电磁波，这种方法通过模拟自由空间远场的传输过程来测试电磁辐射屏蔽材料的屏蔽效能。

然而，法兰同轴测试法因通过传播TEM横电波进行测试而受“截止频率”的限制。当前对电磁兼容的需求需要测试对较高频率电磁辐射的屏蔽效能，但另一方面，截止频率越高，就要求待测的屏蔽材料越薄，这就限制了对较厚屏蔽材料的屏蔽效能进行测试。

为扩展屏蔽效能测试所适用的电磁波的频率范围(“截止频率”)，申请人先前申请并获授权的实用新型专利ZL201020505577.5和实用新型专利ZL201320860570.9中分别描述了法兰同轴测试法所使用的具有改进的锥形过渡段和改进的二次曲线形过渡段的屏蔽效能测试装置。改进的过渡段虽然扩展了测试的频率范围，但测试仍受限于“截止频率”。此外，法兰同轴测试法仅能测试电磁屏蔽材料在TEM波下的屏蔽效能，无法全面地满足用户的测试需求。

实用新型内容

为提供一种既能进一步克服“截止频率”影响、又能测试电磁屏蔽材料在TE波或TM波下的屏蔽效能的装置，以便与现有的屏蔽效能的测试装置实现互补，提供本实用新型。

在本实用新型的一个实施例中，提供一种矩形波导测试装置，所述装置包括：两个矩形波导组件，所述两个矩形波导组件的尺寸相同，其中的每一个矩形波导组件包括：矩形波导管，所述矩形波导管的一端封闭，另一端开放，并且所述矩形波导管在顶壁或底壁上具有开口；波导法兰盘，所述矩形波导管在开放端与所述波导法兰盘固定，从而形成矩形波导组件，并且所述波导法兰盘在至少两个相反侧突出所述矩形波导管，其中所述两个矩形波导组件的对应的两个波导法兰盘对齐接合，并且所述两个矩形波导管的所述开口的位置关于所述两个波导法兰盘的接合面对称；至少两个固定件，所述至少两个固定件在所述至少两个相反侧固定对齐的两个波导法兰盘，以连接所述两个矩形波导组件；两个同轴-矩形波导转换器，所述两个同轴-矩形波导转换器分别固定在所述两个矩形波导管的对应开口中。

在进一步的实施例中，所述两个同轴-矩形波导转换器的尺寸相同。

在进一步的实施例中，所述矩形-波导转换器包括同轴接口、探针和介质套，所述探针沿与所述同轴接口的开口方向相反的方向延伸。

在进一步的实施例中，所述探针外套有介质套，并且所述探针的至少部分长度伸出所述介质套。

在进一步的实施例中，所述矩形-波导转换器还包括固定部，所述固定部设置在与所述同轴接口的开口侧相反的侧上。

在进一步的实施例中，所述固定部是一个或多个针状物或杆状物。

在进一步的实施例中，所述介质套由绝缘材料制成。

在进一步的实施例中，所述绝缘材料包括以下一种或多种：特氟龙或聚苯乙烯。

在本实用新型的另一实施例中，提供一种矩形波导测试系统，所述系统包括信号发生器、信号接收器以及上述任一项所述的矩形波导测试装置，其中，所述信号发生器连接到上述任一项所述的矩形波导测试装置的输入端，并且所述信号接收器连接到上述任一项所述的矩形波导测试装置的输出端。

在进一步的实施例中，矩形波导测试系统还包括信号衰减器，所述信号衰减器的一端与所述信号发生器连接，另一端与上述任一项所述的矩形波导测试装置的输入端连接。

相比现有技术，本实用新型具有如下优势：

(1)扩展了可测试的电磁波的频率范围；

(2)实现了在除TEM波之的其他模式的电磁波(TE波或TM波)下测试屏蔽效能。

附图说明

在以下描述和所附附图中，以示例方式而非限制方式说明了本实用新型的多个实施例，在多个附图之间，以相同的附图标记标记相同或类似的部件，其中：

图1A和图1B分别示出根据本实用新型的矩形波导测试装置100的实施例的主视图和截面图。

图2示出图1中的矩形波导测试装置100中所使用的同轴-矩形波导转换器130、140的实施例的结构示意图及其与矩形波导测试装置100的连接方式。

图3示出根据本实用新型的矩形波导测试系统300的实施例。

具体实施方式

本实用新型可能会有很多实施例和各种组合，在此将参照附图来详细描述特定的实施例。然而，此类描述并不旨在以任何方式将本实用新型限于所描述的实施例；相反，这些实施例所教导的任何基于本实用新型的实质和技术范围的组合、等效方案和替代方案都应当视为落在本实用新型的保护范围之内。

描述中所使用的词语仅用于描述特定实施例，而不是以任何方式来限制本实用新型。

在详细描述附图之前，值得注意的是，各部件是按照它们的主要功能来划分的。也就是说，两个或多于两个的部件可以结合成为一个部件，或者一个部件也可以按功能分成两个或多于两个的部件。而且，以下描述的每一个部件不仅按其主要功能发挥作用，还可实现其他部件的部分或者全部的功能。反过来，一个部件实现的主要功能可以完全由其他部件来实现。因此，在描述中出现的每一个部件可能会用功能性语言来描述。基于以上理由，显然，根据本实用新型的用于测试屏蔽效能的矩形波导装置和系统可以与附图所示的结构不一致。

下面通过具体实施例并结合所附附图详细描述本实用新型。

图1A和图1B分别示出根据本实用新型的矩形波导装置100的实施例的主视图和截面图。

参见图1A，矩形波导装置100包括尺寸相同的第一矩形波导组件110和第二矩形波导组件120。

第一矩形波导组件110由第一矩形波导管111和第一波导法兰盘112组成。第一矩形波导管111的一端封闭，另一端开放。该第一矩形波导管111在开放端与第一波导法兰盘112固定以形成第一矩形波导组件110。第一波导法兰盘112在至少两个相反侧突出第一矩形波导管111。例如，如图1A所示，第一波导法兰盘112在第一矩形波导管111的上、下两侧突出第一矩形波导管111。当然，在至少一个实施例中，第一波导法兰盘112还可以同时在第一矩形波导管的前、后两侧突出第一矩形波导管111。

第二矩形波导组件120的结构、尺寸与第一矩形波导组件110相同，因此不再赘述。相应地，下文中关于第一矩形波导组件110的讨论同样适用于第二矩形波导组件120。

为将第一矩形波导组件110与第二矩形波导组件120连接为一个整体，使用至少两个固定件150来进行连接。为实现该连接，首先，使第一矩形波导组件110的第一波导法兰盘112与第二矩形波导组件120的第二波导法兰盘122对齐接合；随后，使用至少两个固定件150在两个波导法兰盘112、122分别突出对应的矩形波导管111、121的两侧来固定这两个波导法兰盘112、122。由此，形成了具有密闭的内部空间的矩形波导测试装置100。

在本文中，术语“矩形波导管”是指由金属材料制成的、矩形截面的、内部填充有空气介质的规则金属波导。本领域技术人员将理解，矩形波导管可以是标准件，例如，中国国家标准GB11450.2-1989(《空心金属波导第2部分:普通矩形波导有关规范》)中所规定的标准矩形波导管，该中国国家标准的内容通过引用被整体结合在此。当然，也可以使用符合其他类似标准或规范的矩形波导管。

在本文中，术语“波导法兰盘”是指用于固定在波导终端上的法兰盘，其用于与配对的法兰盘对齐并与之夹紧。本领域技术人员将理解，与矩形波导管配合使用的波导法兰盘可以是标准件，例如，中国国家标准GB11449.2-1989(《波导法兰盘第2部分：普通矩形波导法兰盘规范》)中所规定的标准波导法兰盘，该中国国家标准的内容通过引用被整体结合在此。当然，也可以使用符合其他标准或规范的矩形波导管。

本领域技术人员将理解，第一矩形波导管111与第一波导法兰盘112可通过焊接固定在一起。当然，也可使用本领域公知的其他方式实现所述固定。

本领域技术人员将理解，虽然在图1A和图1B中示出两个固定件150，但这仅是示意性的。还可以使用附加的固定件150来使第一波导法兰盘112与第二波导法兰盘122的连接更牢靠。

本领域技术人员还将理解，固定件150可以是螺钉，也可以是螺栓和螺母的组合。

为了测试屏蔽材料的屏蔽效能，需要向矩形波导测试装置100内部提供电磁波，并且需要从矩形波导测试装置100内部接收电磁波。为此，在一个实施例中，在第一矩形波导管111的顶壁上开有第一开口113；类似地，也在第二矩形波导管121的顶壁上开有第二开口123。在另一实施例中，在第一矩形波导管111的底壁上开有第一开口113；类似地，也在第二矩形波导管121的底壁上开有第二开口123。第一开口113与第二开口的位置关于第一波导法兰盘112和第二波导法兰盘122的接合面对称。

通过使用同轴-矩形波导转换器来将同轴线承载的外部电磁波耦合到矩形波导测试装置100的内部。如图1A中所示，同轴-矩形波导转换器130、140匹配地固定在矩形波导管111、121的开口113、123处。同轴-矩形波导转换器130、140的作用在于：1)实现外部同轴线与矩形波导测试装置100的阻抗匹配，以实现电磁波信号的发送和接收；2)通过与开口113、123的紧密接合来实现矩形波导测试装置100的密闭。相应地，术语“匹配地固定”是指同轴-矩形波导转换器130、140可使同轴线与矩形波导测试装置实现阻抗匹配，并且可分别密封矩形波导管111、121。

在一个实施例中，矩形波导测试装置100的密闭空间内具有空气介质。

下面结合图1A说明利用装置100来测试平面型电磁屏蔽材料160的屏蔽效能的步骤，为了便于说明，作为示例，指定第一同轴-矩形波导转换器130用于向矩形波导测试装置100内发射(激励)电磁波，而第二同轴-矩形波导转换器140用于接收来自装置100内的电磁波：

(1)在没有待测的平面型电磁屏蔽材料160时，测量第二同轴-矩形波导转换器140处接收到的电磁波强度E1；

(2)调松固定件150，以便将待测的平面型电磁屏蔽材料160固定在矩形波导测试装置100中(具体而言，在第一波导法兰盘112与第二波导法兰盘122的接合面处)，调紧固定件150并标记至固定刻度，测量此时第二同轴-矩形波导转换器140处接收到的电磁波强度E2；

(3)通过E2/E1的值来确定待测的平面型电磁屏蔽材料160的屏蔽效能。

本领域技术人员将理解，由于矩形波导测试装置100为矩形波导结构，因此在该矩形波导测试装置100的内部传播的是TE波或TM波，更具体而言，传播的是TE₁₀波或TM₁₀波(即TE波或TM波的主模波)。相比TEM波(例如，法兰同轴测试法的情形)，TE波和TM波的传播不受“截止频率”的限制，因此，矩形波导测试装置100可测试的频率范围更广。矩形波导测试装置100将传输TE波还是TM波将由矩形波导管111、121的截面尺寸决定。作为示例，上述的中国国家标准GB11450.2-1989中规定了矩形波导管的截面尺寸与所传播的电磁波模式之间的关系，本领域技术人员可参照该国家标准或其他类似标准来选用合适的矩形波导管，从而获得所需的电磁波传播模式。

图2示出图1中的矩形波导测试装置100中所使用的同轴-矩形波导转换器130、140的实施例的结构示意图及其与矩形波导测试装置100的连接方式。如图所示，同轴-矩形波导转换器130、140包括同轴接口201、探针202和介质套203。在一个实施例中，探针202沿与同轴接口201的开口方向相反的方向延伸。介质套203套在探针202的外部，并且探针202的至少部分长度伸出介质套203。

同样如图2所示，使用时，将同轴-矩形波导转换器130(140)插入矩形波导管111(121)的开口113(123)中，使得同轴接口201的开口端朝向矩形波导测试装置100的外部以连接外部的同轴线，而探针202进入矩形波导测试装置100的内部以激励电磁波。

在至少一个实施例中，同轴接口201可以是SMA公头。相应地，可使用SMA母头同轴线与该同轴接口201耦合。当然，同轴接口201的形式及其与外部的同轴线的耦合方式也可使用本领域中公知的其他方式。

由于矩形波导管111、121可根据标准(例如，上文中所引用的GB11450.2-1989)来选择，相应地，在一些实施例中，通过调整探针202的长度来匹配所选择的矩形波导管111、121的规格以实现阻抗匹配。在另一些实施例中，可附加地或替代地改变探针202偏离同轴接口201的中心轴线的距离来实现上述阻抗匹配。

在优选实施例中，同轴-矩形波导转换器130、140还包括任选的固定部204。该固定部204用于使同轴-矩形波导转换器130与矩形波导管111、121更牢靠地固定。在一些实施例中，固定部204可以是一个或多个针状或杆状物，这一个多多个针状或杆状物沿与同轴接口130相反的方延伸。在这些实施例中，矩形波导管111、121上相应地配置有供这一个或多个针状或杆状物插入的孔。固定部204延伸的长度不应当超过矩形波导管111、121的壁厚以避免对矩形波导测试装置100内进行的测试造成干扰。

在优选实施例中，介质套由绝缘材料制成。更优选地，介质套由特氟龙(Teflon)(ε_r＝2.1)制成。在替代实施例中，介质套由聚苯乙烯制成。

图3示出根据本实用新型的矩形波导测试系统300的实施例。在一个实施例中，矩形波导测试系统300包括信号发生器301、信号接收器302以及图1A、1B中所示的矩形波导测试装置100。

在图3中，为简化说明，仅以框图形式示出图1中所示的矩形波导测试装置100。信号发生器301与矩形波导测试装置100的输入端连接。该信号发生器301产生的信号通过线缆进入矩形波导测试装置100的内部，以便在矩形波导测试装置100内激励电磁波。另一方面，信号接收器302与矩形波导测试装置100的输出端连接，以便将在矩形波导测试装置内传播而经衰减的信号通过线缆传输到信号接收机302。在图3中，以一系列单向箭头305示出电磁波信号在矩形波导测试系统300的各部件之间的传播方向。

在至少一些实施例中，矩形波导测试系统300还包括衰减器303。该第一信号衰减器303的一端与信号发生器301连接，另一端与矩形波导测试装置100的输入端连接。

值得注意的是，在图3中，虚线框303示出信号衰减器303和第二信号衰减器304的可选特性。可以理解，在不使用第一信号衰减器303的情况下，应当将跨接的线缆视为将矩形波导测试装置100与信号接收器301直接连接。

应当注意的是，虽然在图3中将系统300示出为由多个分立的元件组成，但本领域技术人员将理解，系统300也可以是集成系统，或者系统300中的多个元件可实现为一个元件，或者系统300中的一个元件可拆分为多个元件。

本实用新型具有如下优势：

(1)可测试的电磁波的频率范围宽；

(2)可测试电磁屏蔽材料在TE波或TM波下的屏蔽效能；

(3)测试的可重复性好、性能稳定；

(4)装置的特性阻抗为50Ω±0.5Ω；

(5)装置的驻波比小于1.2；

(6)测量不确定度低至±3dB。

以上显示并描述了本实用新型的基本原理、主要特征和有益效果。然而，本领域技术人员应当了解，本实用新型不限于上述实施例，因为上述实施例仅旨在说明本实用新型的基本原理。因此，本实用新型还可具有各种修改和变型，而并不背离本实用新型的精神和范围。也就是说，此类修改和变型都落入要求保护的本实用新型的范围之内。

Claims (10)

1.一种矩形波导测试装置，所述装置包括：

两个矩形波导组件，所述两个矩形波导组件的尺寸相同，其中的每一个矩形波导组件包括：

矩形波导管，所述矩形波导管的一端封闭，另一端开放，并且所述矩形波导管在顶壁或底壁上具有开口；

波导法兰盘，所述矩形波导管在开放端与所述波导法兰盘固定，从而形成矩形波导组件，并且所述波导法兰盘在至少两个相反侧突出所述矩形波导管，其中

所述两个矩形波导组件的对应的两个波导法兰盘对齐接合，并且所述两个矩形波导管的所述开口的位置关于所述两个波导法兰盘的接合面对称；

至少两个固定件，所述至少两个固定件在所述至少两个相反侧固定对齐的两个波导法兰盘，以连接所述两个矩形波导组件；

两个同轴-矩形波导转换器，所述两个同轴-矩形波导转换器分别固定在所述两个矩形波导管的对应开口中。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述两个同轴-矩形波导转换器的尺寸相同。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述矩形-波导转换器包括同轴接口、探针和介质套，所述探针沿与所述同轴接口的开口方向相反的方向延伸。

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述探针外套有介质套，并且所述探针的至少部分长度伸出所述介质套。

5.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述矩形-波导转换器还包括固定部，所述固定部设置在与所述同轴接口的开口侧相反的侧上。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述固定部是一个或多个针状物或杆状物。

7.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述介质套由绝缘材料制成。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述绝缘材料包括以下一种或多种：特氟龙或聚苯乙烯。

9.一种矩形波导测试系统，所述系统包括信号发生器、信号接收器以及如权利要求1-8中的任一项所述的矩形波导测试装置，其中，所述信号发生器连接到如权利要求1-8中的任一项所述的矩形波导测试装置的输入端，并且所述信号接收器连接到如权利要求1-8中的任一项所述的矩形波导测试装置的输出端。

10.如权利要求9所述的矩形波导测试系统，其特征在于，还包括信号衰减器，所述信号衰减器的一端与所述信号发生器连接，另一端与所述矩形波导测试装置的输入端连接。