CN214797720U - 电磁兼容测试用的近场赋形天线 - Google Patents

Abstract

电磁兼容测试用的近场赋形天线主要包括接地板架（1）、极板（2）和接头（3）；极板（2）与接地板架（1）的接地板（10）垂直，极板（2）与接地板（10）构成天线的两个极；极板（2）在接地板（10）所在平面上的垂直投影（20）的长度高于最大工作波长的三分之一；极板（2）的辐射边缘（21）形状为逐渐张开的曲线；凹口（24）伸入极板（2）的内部，形成一个附加振子（25）。该天线尺寸小、重量轻、移动灵活，不仅便于使用，还降低对测试发射功率的要求，降低了测试装置的成本和测试运行成本，提高了垂直极化辐射场，提高了测试场强的均匀性，测试的重复性和可重复性。

Description

电磁兼容测试用的近场赋形天线

技术领域

本实用新型涉及电磁兼容测试，尤其是电磁兼容测试用的近场赋形天线。

背景技术

电磁兼容测试目的在于检验受试电气和电子产品或系统（统称为受试件）对外界电磁场的敏感度。试验中，发射天线需要在受试件的区域，产生一个频率满足测试标准要求的、场强均匀幅度满足要求的电磁场。按照测试标准ISO 11451-2（道路车辆车辆对窄带辐射电磁能的抗扰性试验方法第2部分：车外辐射源法），测试用的场发生装置（发射天线）的工作频段是20MHz到18GHz。

在20MHz频率时，波长为15米，受试区域实际上是天线的近区，受试区域的电磁场是近场。近区的电磁场除了辐射场以外，还有感应场。但已有电磁兼容测试用的天线，其波束都是基于远区辐射场，没有考虑近区感应场对受试区域电磁场的影响，有时甚至只考虑驻波。

当测试工作频率比较高时，天线的尺寸小，可用的天线形式相对比较多。但工作频率比较低时，特别是在20MHz到220MHz频率范围内，可用的天线尺寸都很大。目前电磁兼容测试常用的对数周期宽带天线虽然理论上可用于任何频段、具有任意宽的工作频带，但受实际使用环境的限制，天线的尺寸不能很大，往往无法具备理论上的性能。通常测试使用的宽带对数周期天线的最低工作频率是80MHz，如果采用更大尺寸的宽带对数周期天线，使得天线的最低工作频率可以到20MHz，但这时对数周期天线振子尺寸很大，使其架设高度必须很高，常常会远高于受试件的高度。由于暗室空间限制，同时为了保证受试件所在的测试区域具有足够的测试场强，受试件离发射天线不能太远。当测试天线架设的很高的时候，虽然天线的主瓣方向与地面平行，但受试件位于地面且离天线很近时，受试件所在的测试区域很可能不在发射天线的主瓣范围，导致辐射功率密度下降。如果把对数周期宽带天线放的离受试件远一些，以避免这个问题，但这种做法不仅受暗室空间大小的限制而不一定可行，而且由于距离远，使得受试件所在的测试区域的辐射功率密度减小。此外天线架设高，在受试件的测试区域，天线经地面的反射波与天线直达波叠加，造成测试区域场强的不均匀，影响测试的充分性和测试结果的可重复性，影响测试精度。

另一方面，对数周期天线的两个振子臂（极板）相对放置，使得天线的尺寸比较大，也有采用金属接地板代替其中一个振子臂，但是通常要求的接地板的尺寸很大，不仅使得天线移动不变，还影响天线放置的灵活性。

通常为了减小天线的尺寸，在天线上刻槽，通过延长电流的流通路径，以降低天线的工作频率，但是这些天线没有针对受试区域电磁场的赋形作用，虽然其能够在低频使得天线的驻波符合要求，但是由于没有根据电磁场功率密度的要求对电流路径进行设计，路径不同部分的电流在受试区的电磁场相互抵消，使得天线的增益不高。不合理的电流路径还会导致产生了很多非垂直极化的电磁场，例如水平极化的电磁场。这些非垂直极化的电磁场虽然对电磁波功率密度和增益有贡献，由于地面对水平极化的负镜像作用，通常在受试件附近比较弱，这些非垂直极化的电磁场对测试并没有贡献。

发明内容

技术问题:本实用新型提出了电磁兼容测试用的近场赋形天线，可以对受试区域的电磁场的波束和极化进行赋形，改善提高受试区域垂直极化电磁场的强度，而且解决天线尺寸大的问题，可以保证在低频和宽频带时天线具有好的驻波性能；此外，所需要的接地板尺寸小，没有馈电匹配网络或者巴伦；天线高度低，降低地面反射对受试件测试区域场强均匀性的不利影响，还使得位于地面的受试件，可以始终位于天线的主波束内。

技术方案：

本实用新型的电磁兼容测试用的近场赋形天线，其特征在于该天线包括接地板架、极板和接头；接地板架包括接地板和多个导轮；接地板和极板用导电性能好的材料制作；极板与接地板垂直，极板与接地板构成天线的两个极；在天线输入端，接头的内导体与极板连接，接头的外导体与接地板连接；极板在接地板所在平面上的垂直投影的长度低于最大工作波长的三分之一；极板包括输入端边缘、辐射边缘、近端垂直边缘、近端内凹边缘、近端斜边缘、远端垂直边缘、第一上边缘、第二上边缘和凹口；靠近天线输入端，极板有输入端边缘，其形状为直线，且与接地板平行；输入端边缘的一端在靠近接头处，与近端垂直边缘相连，输入端边缘的另一端与辐射边缘相连；辐射边缘形状为曲线；辐射边缘离接地板距离最近的一端与输入端边缘相连，辐射边缘的另一端与远端垂直边缘相连；辐射边缘到接地板的距离是渐变的，在辐射边缘与输入端边缘相连处，辐射边缘到接地板的距离最近，在辐射边缘与远端垂直边缘相连处，辐射边缘到接地板的距离最大；从辐射边缘与输入端边缘的相连处、到辐射边缘与远端垂直边缘的相连处，辐射边缘到接地板的距离越来越大；近端垂直边缘与接地板垂直，近端垂直边缘的一端与输入端边缘相连，其另一端与近端斜边缘相连，这两端之间有一个近端内凹边缘；远端垂直边缘形状是直线，其与接地板垂直，远端垂直边缘的近端与辐射边缘相连，远端垂直边缘的远端与第二上边缘相连；近端斜边缘的形状为直线；近端斜边缘的一端与近端垂直边缘相连、另一端与第一上边缘相连；近端斜边缘与第一上边缘相连点在接地板所在平面的垂直投影，位于近端垂直边缘在接地板所在平面的垂直投影与远端垂直边缘在接地板所在平面的垂直投影之间；第一上边缘与第二上边缘之间是凹口，凹口伸入极板的内部，使得极板的上部形成一个附加振子；接地板的表面是平面，工作时，接地板与地面电接触。

在凹口处，极板的边缘包括第一弧形边、第二弧形边和直线边；第一弧形边的一端与第一上边缘相连，另一端与第二弧形边相连，第一弧形边与第一上边缘的内夹角低于度；第二弧形边的一端与第一弧形边相连，另一端与直线边相连，第二弧形边与第一弧形边的内夹角是锐角；直线边的一端与第二弧形边相连，另一端与第二上边缘相连，直线边与第二弧形边的内夹角是锐角，直线边与第二上边缘的内夹角是钝角；改变近端内凹边缘的大小，使得天线的辐射场在受试件的测试区最大。

附加振子由近端斜边缘、第一上边缘和第一弧形边构成；根据垂直极化辐射场最大的要求，确定近端斜边缘与接地板的夹角、第一弧形边的形状和大小、第一上边缘到接地板的距离和长度。

导轮是可翻转的，工作时，导轮翻转到接地板上面，使得接地板与测试暗室地面保持电接触；移动时，导轮翻转到接地板的下面，便于整个天线移动。

天线输入端处，输入端边缘到接地板的距离使得该处的特性阻抗为50欧姆。

辐射边缘的形状可以根据工作频带内匹配要求确定。

导轮使得天线易于移动，可以使得天线可以移动到最佳测试位置，大大方便了测试工作。工作时，导轮翻转到接地板的上面，使得接地板和测试暗室保持电接触，这样可以充分利用整个暗室地面用作天线的另一个极板，使得用较小的接地板面积，可以达到很大接地板的效果；在保证天线辐射性能的同时，降低了天线的高度，这样天线不仅可以离受试件很近，距离衰减小，可以减小对测试发射功率的要求，同时在天线与地面上的受试件很近情况下，保证受试件始终在天线的主瓣内。

天线在低频段工作时，受试区域处于天线的近区，有两个主要辐射单元起作用。一个是主辐射单元，由辐射边缘、远端垂直边缘、第二上边缘、直线边、第二弧形边和第一弧形边的一部分组成；另一个辐射单元是附加振子。受试区域的场强是这两个辐射单元在近区场强的叠加，由于近区场不只是辐射场，还有感应场，因此其叠加的设计远比远区场的叠加复杂，需要借助于仿真工具进行详细设计，才能对受试区域的电磁场进行赋形。改变近端内凹边缘的大小以及其在近端垂直边缘的位置，可以调节在两个辐射单元电流的相对幅度和相位，使得受试区域的功率密度尽可能高。改变近端斜边缘的长度、其与接地板的夹角、第一弧形边的形状，不仅可以调节附加振子的辐射强度，还可以使得在受试区域的垂直极化的辐射场最大。天线在高频段工作时，受试区域在天线的远区，主辐射单元起主要作用。

极板用支撑架固定，支撑架用非金属材料制作，以免影响天线的性能。

有益效果：本实用新型的有益效果是：所提出的电磁兼容测试用的近场赋形天线，对受试区域电磁场的波束和极化进行赋形，改善提高受试区域垂直极化电磁场的强度，其不仅尺寸小，在低频和宽频带时天线具有好的驻波性能；接地板尺寸小、天线移动方便、天线重量轻、安装位置低，不仅便于安装，而且放置在受试件的近处时，使得辐射电磁波在天线口面附近就呈现平面波的相位特性，还使得受试件，可以始终位于天线的主波束内，提高了受试件测试区域的电磁场强幅度和场强的均匀性，降低对测试发射功率的要求，降低了测试装置的成本和测试运行成本，并且保证了测试充分性和可重复性，提高了测试精度。

附图说明

图1是本实用新型的电磁兼容测试用的近场赋形天线的示意图；

图2是本实用新型的电磁兼容测试用的近场赋形天线的接地板架示意图

图中有，接地板架1、接地板10、导轮11、极板2、垂直投影20、输入端边缘202、辐射边缘21、近端垂直边缘22、近端内凹边缘220、近端斜边缘221、远端垂直边缘23、凹口24、第一上边缘241第二上边缘242、第一弧形边243、第二弧形边244、直线边245、附加振子25、接头3、天线输入端201，内导体31和外导体32。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型的具体实施方式作进一步说明。此处描述的具体实施例仅用于解释本实用新型，并不能以具体实施例限定本实用新型。

本实用新型所采用的实施方案是：电磁兼容测试用的近场赋形天线包括接地板架1、极板2和接头3；接地板架1包括接地板10和多个导轮11；接地板10和极板2用导电性能好的材料制作；极板2与接地板10垂直，极板2与接地板10构成天线的两个极；在天线输入端201，接头3的内导体31与极板2连接，接头3的外导体32与接地板10连接；极板2在接地板10所在平面上的垂直投影20的长度低于最大工作波长的三分之一；极板2包括输入端边缘202、辐射边缘21、近端垂直边缘22、近端内凹边缘220、近端斜边缘221、远端垂直边缘23、第一上边缘241、第二上边缘242和凹口24；靠近天线输入端201，极板2有输入端边缘202，其形状为直线，且与接地板10平行；输入端边缘202的一端在靠近接头3处，与近端垂直边缘22相连，输入端边缘202的另一端与辐射边缘21相连；辐射边缘21形状为曲线；辐射边缘21离接地板10距离最近的一端与输入端边缘202相连，辐射边缘21的另一端与远端垂直边缘23相连；辐射边缘21到接地板10的距离是渐变的，在辐射边缘21与输入端边缘202相连处，辐射边缘21到接地板10的距离最近，在辐射边缘21与远端垂直边缘23相连处，辐射边缘21到接地板10的距离最大；从辐射边缘21与输入端边缘202的相连处、到辐射边缘21与远端垂直边缘23的相连处，辐射边缘21到接地板10的距离越来越大；近端垂直边缘22与接地板10垂直，近端垂直边缘22的一端与输入端边缘202相连，其另一端与近端斜边缘221相连，这两端之间有一个近端内凹边缘220；远端垂直边缘23形状是直线，其与接地板10垂直，远端垂直边缘23的近端与辐射边缘21相连，远端垂直边缘23的远端230与第二上边缘242相连；近端斜边缘221的形状为直线；近端斜边缘221的一端与近端垂直边缘22相连、另一端与第一上边缘241相连；近端斜边缘221与第一上边缘241相连点在接地板10所在平面的垂直投影，位于近端垂直边缘22在接地板10所在平面的垂直投影与远端垂直边缘23在接地板10所在平面的垂直投影之间；第一上边缘241与第二上边缘242之间是凹口24，凹口24伸入极板2的内部，使得极板2的上部形成一个附加振子25；接地板10的表面是平面，工作时，接地板10与地面电接触。

在凹口24处，极板2的边缘包括第一弧形边243、第二弧形边244和直线边245；第一弧形边243的一端与第一上边缘241相连，另一端与第二弧形边244相连，第一弧形边243与第一上边缘241的内夹角低于45度；第二弧形边244的一端与第一弧形边243相连，另一端与直线边245相连，第二弧形边244与第一弧形边243的内夹角是锐角；直线边245的一端与第二弧形边244相连，另一端与第二上边缘242相连，直线边245与第二弧形边244的内夹角是锐角，直线边245与第二上边缘242的内夹角是钝角；改变近端内凹边缘220的大小，使得天线的辐射场在受试件的测试区最大。

附加振子25由近端斜边缘221、第一上边缘241和第一弧形边243构成；根据垂直极化辐射场最大的要求，确定近端斜边缘221与接地板10的夹角、第一弧形边243的形状和大小、第一上边缘241到接地板10的距离和长度。

导轮11是可翻转的，工作时，导轮11翻转到接地板10上面，使得接地板与测试暗室地面保持电接触；移动时，导轮11翻转到接地板10的下面，便于整个天线移动。

天线输入端201处，输入端边缘202到接地板10的距离使得该处的特性阻抗为50欧姆。

辐射边缘21的形状可以根据工作频带内匹配要求确定。

导轮11使得天线易于移动，可以使得天线可以移动到最佳测试位置，大大方便了测试工作。工作时，导轮11翻转到接地板10的上面，使得接地板10和测试暗室保持电接触，这样可以充分利用整个暗室地面用作天线的另一个极板，使得用较小的接地板10面积，可以达到很大的接地的效果；在保证天线辐射性能的同时，降低了天线的高度，这样天线不仅可以离受试件很近，距离衰减小，可以减小对测试发射功率的要求，同时在天线与地面上的受试件很近情况下，保证受试件始终在天线的主瓣内。

天线在低频段工作时，受试区域处于天线的近区，有两个主要辐射单元起作用。一个是主辐射单元，是辐射边缘21、远端垂直边缘22、第二上边缘242、直线边245、第二弧形边244和第一弧形边243的一部分组成；另一个辐射单元是附加振子25。受试区域的场强是这两个辐射单元在近区场强的叠加，由于近区场不只是辐射场，还有感应场，因此其叠加的设计远比远区场的叠加复杂，需要借助于仿真工具进行详细设计，才能对受试区域的电磁场进行赋形。改变近端内凹边缘220的大小以及其在近端垂直边缘22的位置，可以调节在两个辐射单元电流的相对幅度和相位，使得受试区域的功率密度尽可能高。改变近端斜边缘221的长度、其与接地板10的夹角、第一弧形边243的形状，不仅可以调节附加振子25的辐射强度，还可以使得在受试区域的垂直极化的辐射场最大。天线在高频段工作时，受试区域在天线的远区，主辐射单元起主要作用。

辐射边缘21的曲线形状是指数或者幂函数，如直线、平方函数；根据工作频带内匹配要求确定。例如，设辐射边缘21到接地板10的距离为y, 辐射边缘21与输入端边缘202的连接点在接地板10的垂直投影为坐标原点，辐射边缘21在接地板10的垂直投影20为x轴，x轴的方向为指向远端垂直边缘23的方向；这时辐射边缘21的指数曲线形状参数是, 输入端边缘202与接地板架的距离为20mm，电磁兼容测试的低频宽带天线的工作频带是20MHz到220MHz。

接地板架1的使用，在保证天线辐射性能的同时，降低了天线的高度，同时使得天线易于灵活放置，天线可以离受试件很近，距离衰减小，可以减小对测试发射功率的要求，因为即使天线与地面上的受试件很近，受试件也可以始终在天线的主瓣内。

由于第一上边缘241和第二上边缘242两者虽然离辐射边缘21较远，它们的具体形状对天线高频段的匹配和辐射性能的影响较小，但对低频段的性能、特别是垂直极化辐射场的性能影响比较大。

近端垂直边缘22与输入端边缘202相连点、到近端垂直边缘22与近端斜边缘221相连点，这两点之间的距离略低于最大工作波长的八分之一；近端垂直边缘22在其与近端斜边缘221相连点处附近的形状，可以相对于直线有一些改变，以改善低频段的性能、特别是垂直极化辐射场的性能。

远端垂直边缘23的形状可以有一些改变，其与第二上边缘242相连处附近位置的形状，可以相对于直线有一些改变，只要不显著改变极板2的面积和形状；可以也是一种指数曲线。

远端垂直边缘23的长度略低于最大工作波长的七分之一，在远端垂直边缘23与第二上边缘242相连位置不变的条件下，可以减小远端垂直边缘23的长度，也就是增加辐射边缘21到接地板架1的距离。

接地板10的厚度要使得接地板架1有足够的使用强度；极板2的厚度需要保证极板2有足够的支撑强度。

极板2用支撑架固定，支撑架用非金属材料制作，以免影响天线的性能，支撑架可以放在接地板架1上面。

根据以上所述，便可实现本实用新型。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的设计方法和原则之内的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.电磁兼容测试用的近场赋形天线，其特征在于该天线包括接地板架（1）、极板（2）和接头（3）；接地板架（1）包括接地板（10）和多个导轮（11）；接地板（10）和极板（2）用导电性能好的材料制作；极板（2）与接地板（10）垂直，极板（2）与接地板（10）构成天线的两个极；在天线输入端（201），接头（3）的内导体（31）与极板（2）连接，接头（3）的外导体（32）与接地板（10）连接；极板（2）在接地板（10）所在平面上的垂直投影（20）的长度低于最大工作波长的三分之一；极板（2）包括输入端边缘（202）、辐射边缘（21）、近端垂直边缘（22）、近端内凹边缘（220）、近端斜边缘（221）、远端垂直边缘（23）、第一上边缘（241）、第二上边缘（242）和凹口（24）；靠近天线输入端（201），极板（2）有输入端边缘（202），其形状为直线，且与接地板（10）平行；输入端边缘（202）的一端在靠近接头（3）处，与近端垂直边缘（22）相连，输入端边缘（202）的另一端与辐射边缘（21）相连；辐射边缘（21）形状为曲线；辐射边缘（21）离接地板（10）距离最近的一端与输入端边缘（202）相连，辐射边缘（21）的另一端与远端垂直边缘（23）相连；辐射边缘（21）到接地板（10）的距离是渐变的，在辐射边缘（21）与输入端边缘（202）相连处，辐射边缘（21）到接地板（10）的距离最近，在辐射边缘（21）与远端垂直边缘（23）相连处，辐射边缘（21）到接地板（10）的距离最大；从辐射边缘（21）与输入端边缘（202）的相连处、到辐射边缘（21）与远端垂直边缘（23）的相连处，辐射边缘（21）到接地板（10）的距离越来越大；近端垂直边缘（22）与接地板（10）垂直，近端垂直边缘（22）的一端与输入端边缘（202）相连，其另一端与近端斜边缘（221）相连，这两端之间有一个近端内凹边缘（220）；远端垂直边缘（23）形状是直线，其与接地板（10）垂直，远端垂直边缘（23）的近端与辐射边缘（21）相连，远端垂直边缘（23）的远端（230）与第二上边缘（242）相连；近端斜边缘（221）的形状为直线；近端斜边缘（221）的一端与近端垂直边缘（22）相连、另一端与第一上边缘（241）相连；近端斜边缘（221）与第一上边缘（241）相连点在接地板（10）所在平面的垂直投影，位于近端垂直边缘（22）在接地板（10）所在平面的垂直投影与远端垂直边缘（23）在接地板（10）所在平面的垂直投影之间；第一上边缘（241）与第二上边缘（242）之间是凹口（24），凹口（24）伸入极板（2）的内部，使得极板（2）的上部形成一个附加振子（25）；接地板（10）的表面是平面，工作时，接地板（10）与地面电接触。

2.根据权利要求1所述的电磁兼容测试用的近场赋形天线，其特征在于在凹口（24）处，极板（2）的边缘包括第一弧形边（243）、第二弧形边（244）和直线边（245）；第一弧形边（243）的一端与第一上边缘（241）相连，另一端与第二弧形边（244）相连，第一弧形边（243）与第一上边缘（241）的内夹角低于45度；第二弧形边（244）的一端与第一弧形边（243）相连，另一端与直线边（245）相连，第二弧形边（244）与第一弧形边（243）的内夹角是锐角；直线边（245）的一端与第二弧形边（244）相连，另一端与第二上边缘（242）相连，直线边（245）与第二弧形边（244）的内夹角是锐角，直线边（245）与第二上边缘（242）的内夹角是钝角；改变近端内凹边缘（220）的大小，使得天线的辐射场在受试件的测试区最大。

3.根据权利要求1或2所述的电磁兼容测试用的近场赋形天线，其特征在于附加振子（25）由近端斜边缘（221）、第一上边缘（241）和第一弧形边（243）构成。

4.根据权利要求1所述的电磁兼容测试用的近场赋形天线，其特征在于导轮（11）是可翻转的，工作时，导轮（11）翻转到接地板（10）上面，使得接地板与测试暗室地面保持电接触；移动时，导轮（11）翻转到接地板（10）的下面，便于整个天线移动。

5.根据权利要求1所述的电磁兼容测试用的近场赋形天线，其特征在于天线输入端（201）处，输入端边缘（202）到接地板（10）的距离使得该处的特性阻抗为50欧姆。

Images