RU2759079C1 - Coaxial chamber for measuring the efficiency of electromagnetic shielding of radio-absorbing materials - Google Patents

Coaxial chamber for measuring the efficiency of electromagnetic shielding of radio-absorbing materials Download PDF

Info

Publication number
RU2759079C1
RU2759079C1 RU2020131978A RU2020131978A RU2759079C1 RU 2759079 C1 RU2759079 C1 RU 2759079C1 RU 2020131978 A RU2020131978 A RU 2020131978A RU 2020131978 A RU2020131978 A RU 2020131978A RU 2759079 C1 RU2759079 C1 RU 2759079C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
coaxial
chamber
conductor
measuring
electromagnetic shielding
Prior art date
Application number
RU2020131978A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Витальевич Демаков
Максим Евгеньевич Комнатнов
Антон Андреевич Иванов
Илья Игоревич Николаев
Тальгат Рашитович Газизов
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники»
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники» filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники»
Priority to RU2020131978A priority Critical patent/RU2759079C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2759079C1 publication Critical patent/RU2759079C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G12—INSTRUMENT DETAILS
    • G12B—CONSTRUCTIONAL DETAILS OF INSTRUMENTS, OR COMPARABLE DETAILS OF OTHER APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G12B17/00—Screening
    • G12B17/02—Screening from electric or magnetic fields, e.g. radio waves

Landscapes

  • Communication Cables (AREA)

Abstract

FIELD: measuring equipment.
SUBSTANCE: coaxial chamber for measuring the efficiency of electromagnetic shielding of radio-absorbing materials includes a transmission line consisting of two coaxial insulated conductors, and is characterised by the fact that the central part of the chamber is made in the form of a coaxial line with a ratio of the diameters of the conductors of 1/2.245, connected on each side with a matching transition made in the form of reduction in the diameters of the conductors according to the linear law down to the values corresponding to the ratio of 1/2.3, followed by a regular part, wherein a chamfer is made at the end of said part inside the external conductor, and the ratio of the diameter of the internal conductor to the diameter in the regular part is 1/1.23, wherein the lengths of the internal conductor in the central and regular parts of the chamber are 1/5.3 and 1/7.7 of the total length, and the ratios of the similar lengths for the external conductor are 1/4 and 1/7.63, respectively.
EFFECT: measurement of the efficiency of electromagnetic shielding using a coaxial chamber.
1 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к испытательным устройствам, и может быть использовано для измерения коэффициента электромагнитного экранирования образцов радиопоглощающих материалов (РПМ).The invention relates to measuring equipment, namely to testing devices, and can be used to measure the electromagnetic shielding coefficient of samples of radio-absorbing materials (RPM).

Обеспечение устойчивой работы радиоэлектронного средства (РЭС) в условиях воздействия внешних электромагнитных помех является актуальным направлением исследований в области электромагнитной совместимости, что связано с тенденциями развития СВЧ элементов и устройств, при работе которых в области высоких частот может создаваться электромагнитная помеха, влияющая на работу других РЭС. Для ослабления амплитуды помех в составе конструкции РЭС применяются РПМ. Так, известны различные применения РПМ, например для снижения излучаемой эмиссии интегральных схем, снижения эффективной поверхности рассеяния летательных аппаратов, а также для организации испытательных безэховых камер, испытательных стендов. Эффективность экранирования материала зависит от его электрических и магнитных свойств, к которым относят удельную электропроводность, относительную диэлектрическую и магнитную проницаемости. Количественная оценка данных параметров образцов РПМ выполняется посредством измерений, выполняемых с помощью стандартизированных методов и устройств, одним из которых является метод с использованием коаксиальной камеры.Ensuring the stable operation of a radio electronic device (RES) under the influence of external electromagnetic interference is an urgent area of research in the field of electromagnetic compatibility, which is associated with the development trends of microwave elements and devices, during the operation of which electromagnetic interference can be created in the high frequency region, affecting the operation of other RES ... To attenuate the amplitude of interference in the structure of the REM, RPMs are used. Thus, various applications of RPM are known, for example, to reduce the emitted emission of integrated circuits, to reduce the effective scattering surface of aircraft, as well as to organize test anechoic chambers, test stands. The effectiveness of shielding a material depends on its electrical and magnetic properties, which include electrical conductivity, relative permittivity and magnetic permeability. Quantification of these parameters of RPM samples is carried out through measurements performed using standardized methods and devices, one of which is the method using a coaxial camera.

Из патента US 10553926, H01 P7/04, 16.05.2019, известно устройство для измерения относительной диэлектрической проницаемости материалов и пригодное для измерения коэффициента электромагнитного экранирования, состоящее из коаксиального резонатора, внутри которого расположены проводник и крепеж для испытуемого образца материала. Для оценки мощности электромагнитной волны, проходящей через образец, предусмотрен зонд, устанавливаемый внутрь корпуса резонатора. Недостатком данного устройства является малая ширина диапазона частот измерений, соответствующая частотам возбуждения резонатора.From patent US 10553926, H01 P7 / 04, 16.05.2019, a device for measuring the relative permittivity of materials and suitable for measuring the electromagnetic shielding coefficient is known, consisting of a coaxial resonator, inside which a conductor and fasteners for a test sample of material are located. To assess the power of the electromagnetic wave passing through the sample, a probe is provided, installed inside the resonator housing. The disadvantage of this device is the small width of the measurement frequency range, corresponding to the excitation frequencies of the resonator.

Из патента US 20070090846, G01R27/2647, 26.04.2007, известно устройство для измерения частотной зависимости относительной диэлектрической проницаемости образца материала, включающее коаксиальную камеру для размещения образца, соединяемую с открытых концов с коаксиальными соединителями посредством согласующих переходов. Габариты устройства рассчитаны для измерения больших образцов материалов земных пород, в связи с чем недостатком данного устройства является малый диапазон рабочих частот от 40 МГц до 1,24 ГГц.From the patent US 20070090846, G01R27 / 2647, 04/26/2007, a device for measuring the frequency dependence of the relative dielectric constant of a material sample is known, including a coaxial chamber for accommodating the sample, connected at the open ends with coaxial connectors by means of matching junctions. The dimensions of the device are designed to measure large samples of earth materials, and therefore the disadvantage of this device is the small operating frequency range from 40 MHz to 1.24 GHz.

Из патента CN 106443207, G01R29/08, 22.02.2017, известно устройство, коническая ТЕМ-камера, состоящее из внешнего металлического корпуса, выполненного в форме конуса, угол раскрыва которого равен углу Брюстера. Внутри корпуса размещен проводник конической формы. Возбуждение поперечной волны внутри камеры осуществляется через коаксиальный соединитель, размещенный в вершине корпуса, а поглощение энергии электромагнитного поля осуществляется посредством РПМ и массива резисторов, имеющих электрический контакт с центральным проводником и корпусом камеры. Недостатком данного устройства является его нижняя граничная частота, составляющая 200 МГц.From the patent CN 106443207, G01R29 / 08, 02.22.2017, a device is known, a conical TEM chamber, consisting of an external metal body made in the form of a cone, the opening angle of which is equal to the Brewster angle. A conical conductor is placed inside the housing. The excitation of the transverse wave inside the chamber is carried out through a coaxial connector located at the top of the housing, and the absorption of the energy of the electromagnetic field is carried out by means of an RPM and an array of resistors in electrical contact with the central conductor and the housing of the camera. The disadvantage of this device is its lower cutoff frequency, which is 200 MHz.

Наиболее близкой к заявляемому устройству является коаксиальная камера [Valente R. Setup for EMI shielding effectiveness tests of electrically conductive polymer composites at frequencies up to 3.0 GHz / R. Valente, C.D. Ruijter, D. Vlasveld, S.V.D. Zwaag, P. Groen // IEEE Access – 2017. – Vol. 5. – P. 16665-16675], конструкция которой содержит два соосных цилиндрических проводника, которые согласованы с фидерным трактом посредством уменьшения по экспоненциальному закону радиусов проводников в продольном направлении. Конструкция камеры предусматривает разделение внутреннего и внешнего проводников на симметричные элементы для размещения образца материала. После размещения образца камера собирается путем соединения двух частей центрального проводника и их центрирования относительно внешнего проводника посредством диэлектрических шайб, причем соединение двух частей внешнего проводника осуществляется посредством винтового соединения. Максимальное значение КСВН камеры составляет 1,33 в диапазоне частот до 3 ГГц. Недостатками данного устройства являются малый диапазон рабочих частот и вносимая неоднородность за счет центрирующих шайб.Closest to the claimed device is a coaxial camera [Valente R. Setup for EMI shielding effectiveness tests of electrically conductive polymer composites at frequencies up to 3.0 GHz / R. Valente, C.D. Ruijter, D. Vlasveld, S.V.D. Zwaag, P. Groen // IEEE Access - 2017. - Vol. 5. - P. 16665-16675], the design of which contains two coaxial cylindrical conductors, which are coordinated with the feeder path by exponentially decreasing the radii of the conductors in the longitudinal direction. The chamber is designed to separate the inner and outer conductors into symmetrical elements to accommodate the material sample. After placing the sample, the chamber is assembled by connecting the two parts of the center conductor and centering them relative to the outer conductor by means of dielectric washers, the connection of the two parts of the outer conductor being made by means of a screw connection. The camera has a maximum VSWR of 1.33 in the frequency range up to 3 GHz. The disadvantages of this device are the small range of operating frequencies and the introduced heterogeneity due to the centering washers.

Заявляемая коаксиальная камера для измерения эффективности электромагнитного экранирования радиопоглощающих материалов включает в себя линию передачи, состоящую из двух соосных изолированных проводников, и отличается тем, что центральная часть камеры выполнена в виде коаксиальной линии с соотношением диаметров проводников 1/2,245, которая соединена с каждой стороны с согласующим переходом, выполненным в виде уменьшения диаметров проводников по линейному закону до значений, соответствующих соотношению 1/2,3, с последующей регулярной частью, на конце которой внутри внешнего проводника выполнена фаска, а диаметр внутреннего проводника относится к диаметру в регулярной части как 1/1,23, причем длины внутреннего проводника в центральной и регулярной частях камеры составляют 1/5,3 и 1/7,7 от общей длины, а для внешнего проводника соотношения аналогичных длин составляют 1/4 и 1/7,63 соответственно.The claimed coaxial camera for measuring the effectiveness of electromagnetic shielding of radio-absorbing materials includes a transmission line consisting of two coaxial insulated conductors, and is characterized in that the central part of the camera is made in the form of a coaxial line with a conductor diameter ratio of 1 / 2.245, which is connected on each side to matching transition, made in the form of reducing the diameters of the conductors according to a linear law to values corresponding to a ratio of 1 / 2.3, followed by a regular part, at the end of which a chamfer is made inside the outer conductor, and the diameter of the inner conductor refers to the diameter in the regular part as 1 / 1.23, and the lengths of the inner conductor in the central and regular parts of the chamber are 1 / 5.3 and 1 / 7.7 of the total length, and for the outer conductor the ratios of similar lengths are 1/4 and 1 / 7.63, respectively.

Техническим результатом является возможность увеличения максимальной рабочей частоты камеры до 12 ГГц при значении КСВН не более 1,3.The technical result is the ability to increase the maximum operating frequency of the camera up to 12 GHz with a VSWR value of no more than 1.3.

Технический результат достигается за счёт указанной формы и размеров проводников коаксиальной камеры.The technical result is achieved due to the specified shape and size of the conductors of the coaxial chamber.

Изобретение поясняется чертежами, которые не охватывают и, тем более, не ограничивают весь объем притязаний данного технического решения, а являются лишь иллюстрирующими материалами частного случая выполнения:The invention is illustrated by drawings, which do not cover and, moreover, do not limit the entire scope of the claims of this technical solution, but are only illustrative materials of a particular case of implementation:

На фиг. 1 приведен изометрический вид с местным разрезом коаксиальной камеры.FIG. 1 is an isometric view with a local section of the coaxial chamber.

На фиг. 2 приведено поперечное сечение с местным видом внутреннего проводника коаксиальной камеры.FIG. 2 is a cross-sectional view of the inner conductor of the coaxial chamber.

На фиг. 3 приведено поперечное сечение с местным видом внешнего проводника коаксиальной камеры.FIG. 3 is a cross-sectional view of the outer conductor of the coaxial chamber.

На фиг. 4 приведены частотные зависимости модулей коэффициента отражения |S 11| и передачи |S 21| коаксиальной камеры.FIG. 4 shows the frequency dependences of the modules of the reflection coefficient | S 11 | and transmission | S 21 | coaxial camera.

На фиг. 5 приведена фотография коаксиальной камеры.FIG. 5 shows a photograph of a coaxial camera.

В состав заявляемого устройства входит внешний проводник толщиной t, выполненный в виде двух конусообразных симметричных частей 1, 2, соединяемых посредством винтового соединения 3. Внутри внешнего проводника соосно расположен внутренний проводник, выполненный в виде двух конусообразных симметричных частей 4, 5, причем конец одной части 4 центрального проводника выполнен в виде цилиндрического выступа 6 длиной l c и диаметром d с , устанавливаемого в цилиндрическое углубление с теми же размерами на второй части проводника 5. Во внешнем проводнике 1, 2 выполнены резьбовые отверстия 7 для установки винтов для крепления СВЧ соединителя. В сборе конструкция представляет собой экранированную линию передачи с разными диаметрами проводников вдоль продольной составляющей камеры. Так, центральная часть камеры представляет собой отрезок регулярной коаксиальной линии с соотношением диаметров проводников d 1/D 1 = 1/2,245, соединяемой с каждой стороны с согласующим переходом, выполненным в виде уменьшения диаметров проводников по линейному закону до значений, соответствующих соотношению d 2/D 2 = 1/2,3, с последующей регулярной частью. В месте соединения регулярной части с СВЧ соединителем диаметр внутреннего проводника уменьшается на длину L ch до отверстия длиной L d и диаметром D ch для размещения диэлектрика СВЧ соединителя. Диаметр внутреннего проводника в конце регулярной части уменьшается до значения d p на расстоянии l p , а внутри выполнено отверстие 8 для пайки центрального проводника СВЧ соединителя. Длины внутреннего проводника в центральной (l 1) и регулярной (l 3) частях камеры составляют 1/5,3 и 1/7,7 от общей длины L, а для внешнего проводника аналогичные соотношения (L 1/L) и (L 3/L) составляют 1/4 и 1/7,63 соответственно.The composition of the claimed device includes an outer conductor of thickness t , made in the form of two cone-shaped symmetrical parts 1, 2, connected by means of a screw connection 3. Inside the outer conductor, an inner conductor is located coaxially, made in the form of two cone-shaped symmetrical parts 4, 5, and the end of one part 4 of the central conductor is made in the form of a cylindrical protrusion 6 of length l c and diameter d c , installed in a cylindrical recess with the same dimensions on the second part of the conductor 5. In the outer conductor 1, 2 there are threaded holes 7 for installing screws for fastening the microwave connector. The assembled structure is a shielded transmission line with different diameters of conductors along the longitudinal component of the chamber. So, the central part of the chamber is a segment of a regular coaxial line with the ratio of the diameters of the conductors d 1 / D 1 = 1 / 2.245, connected on each side with a matching transition, made in the form of reducing the diameters of the conductors according to a linear law to values corresponding to the ratio d 2 / D 2 = 1 / 2.3, followed by a regular part. At the junction of the regular part with the microwave connector, the diameter of the inner conductor is reduced by the length L ch to the hole with the length L d and diameter D ch to accommodate the dielectric of the microwave connector. The diameter of the inner conductor at the end of the regular part decreases to a value of d p at a distance l p , and a hole 8 is made inside for soldering the central conductor of the microwave connector. The lengths of the inner conductor in the central ( l 1 ) and regular ( l 3 ) parts of the chamber are 1 / 5.3 and 1 / 7.7 of the total length L , and for the outer conductor, similar ratios ( L 1 / L ) and ( L 3 / L ) are 1/4 and 1 / 7.63, respectively.

Принцип работы устройства заключается в следующем: производится сборка камеры и её предварительная калибровка, которая заключается в измерении с помощью векторного анализатора цепей коэффициентов отражения и передачи коаксиальной камеры. После пространство между внутренним проводником 1, 2 и внешним проводником 4, 5 заполняют исследуемым образцом материала, выполненным в форме шайбы, после чего производят сборку камеры посредством винтового соединения 3. Камеру подключают к векторному анализатору цепей и осуществляют измерение коэффициентов отражения и передачи коаксиальной камеры с размещенным внутри образцом материала. Значения эффективности электромагнитного экранирования исследуемого образца материала вычисляют из измеренных частотных зависимостей коэффициентов передачи коаксиальной камеры с исследуемым образцом материала и без него.The principle of operation of the device is as follows: the camera is assembled and its preliminary calibration, which consists in measuring the reflection and transmission coefficients of the coaxial camera using a vector network analyzer. After that, the space between the inner conductor 1, 2 and the outer conductor 4, 5 is filled with a test sample of material made in the form of a washer, after which the camera is assembled by means of a screw connection 3. The camera is connected to a vector network analyzer and the reflection and transmission coefficients of the coaxial camera are measured with placed inside the material sample. The values of the effectiveness of electromagnetic shielding of the test material sample are calculated from the measured frequency dependences of the transmission coefficients of the coaxial chamber with and without the test material sample.

Claims (1)

Коаксиальная камера для измерения эффективности электромагнитного экранирования радиопоглощающих материалов включает в себя линию передачи, состоящую из двух соосных изолированных проводников, и отличается тем, что центральная часть камеры выполнена в виде коаксиальной линии с соотношением диаметров проводников 1/2,245, которая соединена с каждой стороны с согласующим переходом, выполненным в виде уменьшения диаметров проводников по линейному закону до значений, соответствующих соотношению 1/2,3, с последующей регулярной частью, на конце которой внутри внешнего проводника выполнена фаска, а диаметр внутреннего проводника относится к диаметру в регулярной части как 1/1,23, причем длины внутреннего проводника в центральной и регулярной частях камеры составляют 1/5,3 и 1/7,7 от общей длины, а для внешнего проводника соотношения аналогичных длин составляют 1/4 и 1/7,63 соответственно.A coaxial camera for measuring the effectiveness of electromagnetic shielding of radio-absorbing materials includes a transmission line consisting of two coaxial insulated conductors, and differs in that the central part of the camera is made in the form of a coaxial line with a conductor diameter ratio of 1 / 2.245, which is connected on each side with a matching a transition made in the form of reducing the diameters of the conductors according to a linear law to values corresponding to a ratio of 1 / 2.3, followed by a regular part, at the end of which a chamfer is made inside the outer conductor, and the diameter of the inner conductor refers to the diameter in the regular part as 1/1 , 23, and the lengths of the inner conductor in the central and regular parts of the chamber are 1 / 5.3 and 1 / 7.7 of the total length, and for the outer conductor the ratios of similar lengths are 1/4 and 1 / 7.63, respectively.
RU2020131978A 2020-09-29 2020-09-29 Coaxial chamber for measuring the efficiency of electromagnetic shielding of radio-absorbing materials RU2759079C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020131978A RU2759079C1 (en) 2020-09-29 2020-09-29 Coaxial chamber for measuring the efficiency of electromagnetic shielding of radio-absorbing materials

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020131978A RU2759079C1 (en) 2020-09-29 2020-09-29 Coaxial chamber for measuring the efficiency of electromagnetic shielding of radio-absorbing materials

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2759079C1 true RU2759079C1 (en) 2021-11-09

Family

ID=78467000

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020131978A RU2759079C1 (en) 2020-09-29 2020-09-29 Coaxial chamber for measuring the efficiency of electromagnetic shielding of radio-absorbing materials

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2759079C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU157816U1 (en) * 2015-08-12 2015-12-10 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное объединение "Завод Магнетон" SUPER HIGH FREQUENCY FERRITE FILTER
CN106199206A (en) * 2016-07-08 2016-12-07 中国石油大学(北京) The measurement apparatus of core vertically and horizontally dielectric parameter and measuring method thereof
RU2606173C1 (en) * 2015-12-28 2017-01-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" Tem chamber
US20180231480A1 (en) * 2017-02-13 2018-08-16 Skyworks Solutions, Inc. Microwave cavity for permittivity measurements

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU157816U1 (en) * 2015-08-12 2015-12-10 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное объединение "Завод Магнетон" SUPER HIGH FREQUENCY FERRITE FILTER
RU2606173C1 (en) * 2015-12-28 2017-01-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" Tem chamber
CN106199206A (en) * 2016-07-08 2016-12-07 中国石油大学(北京) The measurement apparatus of core vertically and horizontally dielectric parameter and measuring method thereof
US20180231480A1 (en) * 2017-02-13 2018-08-16 Skyworks Solutions, Inc. Microwave cavity for permittivity measurements

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4219634B2 (en) Magnetic sensor, side-open TEM cell, and apparatus using them
Meys et al. Measuring the impedance of balanced antennas by an S-parameter method
Li et al. Optimization of UHF Hilbert antenna for partial discharge detection of transformers
WO2008029522A1 (en) Passive intermodulation distortion measuring method and system
Zachariades et al. A wideband spiral UHF coupler with tuning nodules for partial discharge detection
RU2759079C1 (en) Coaxial chamber for measuring the efficiency of electromagnetic shielding of radio-absorbing materials
US10900919B2 (en) Microwave cavity for permittivity measurements
Yadam et al. Study of polarization sensitivity of UHF sensor for partial discharge detection in gas insulated switchgear
Sivaraman et al. Broad band PCB probes for near field measurements
CN106970344B (en) A kind of method for reducing open circuit device calibrating device edge capacitance and open circuit device calibrating device
Marvin et al. Experimental verification of board level shielding variability at microwave frequencies
Weber et al. Measurement techniques for conducted HPEM signals
Catrysse et al. A new stripline measuring setup for the characterisation of conductive gaskets up to 18 GHz
Wang et al. A miniaturised LS Peano fractal antenna for partial discharge detection in gas insulated switchgear
CN105891261A (en) Plating material passive intermodulation online testing device based on dual-mode transmission line structures
RU2606173C1 (en) Tem chamber
Catrysse et al. Towards a global approach for the characterization of ICs and on board shielding components
Jin et al. Two types of compact UHF antennas for partial discharge measurement
Wu et al. Performance of electric near-field probes for immunity tests
Sinaga Design of ultra high frequency sensors for detection of partial discharges
Ogundiran et al. A novel modified archimedes spiral antenna for partial discharge detection in inverter-fed electrical machines
Samad et al. Design of DS-CSRR based microwave sensor for efficient measurement of dielectric constant of materials
Wang et al. Coupling cross section and shielding effectiveness measurements on a coaxial cable by both mode-tuned reverberation chamber and GTEM cell methodologies
Ustuner et al. A method for evaluating the shielding effectiveness of small enclosures
Ogura et al. Non-contact PIM evaluation method using a standing-wave coaxial-tube