吉赫兹横电磁波室同轴输入接头

摘要

吉赫兹横电磁波室同轴输入接头是一种能够有效解决吉赫兹横电磁波室从9kHz到18GHz频段内的阻抗匹配难题，适用于电磁兼容及相关测试用GTEM室，该输入接头分为接头输入段、接头扩展段、阻抗微调装置三个部分；其中接头输入段的N型接头外导体(11)与一体化接头外导体(14)相接，N型接头插针(12)与一体化接头内导体(15)；接头扩展段的同轴喇叭头(21)的小开口端过渡转接座(27)，大开口端接喇叭过渡头(26)，斧形过渡块(23)的一端接大绝缘支撑子(16)，另一端接匹配过渡板(25)；GTEM室外导体(4)的小开口端接喇叭过渡头(26)的大开口端，阻抗微调装置部分位于GTEM室外导体(4)壁上的通孔处。

说明书

                        技术领域

本发明是一种能够有效解决吉赫兹横电磁波室从9kHz到18GHz频段内的阻抗匹配难题，适用于电磁兼容及相关测试用GTEM室，属于电磁兼容测试技术领域。

                        背景技术

吉赫兹横电磁波(gigahertz transverse electromagnetic，GTEM)室是基于同轴线原理的一种场强试验装置，实际上是一个变截面的同轴线。其前端通常为标准的N型同轴线接口，同轴线的内导体逐渐过渡为GTEM室的芯板，外导体逐渐过渡为GTEM室的外壳，GTEM室为四棱锥体的结构形式，其截面呈锥形扩大，终端有吸波材料。低频时，由同轴线终端负载电阻吸收输入功率，高频时靠端板上的吸波材料吸收功率。两者在高、低频段互补，使整个小室的可用工作频率提高到1GHz以上。这种结构形式最大的优点是可以抑制高次模的激励和传输，位于GTEM室后端的有效试验区空间也较大。为了使GTEM室的工作频率上限达到18GHz，必须对其同轴输入转接头进行优化设计。

                        发明内容

技术问题：本发明的目的是提出一种能承受1kW的输入功率、覆盖频率范围9kHz～18GHz的吉赫兹横电磁波室同轴输入接头，可有效解决9kHz～18GHz频段内GTEM室的阻抗匹配难题。

技术方案：为了使GTEM室的工作频率上限达到18GHz，本发明研制出一种工作频率范围超过18GHz的同轴输入接头。使用该接头的GTEM室电压驻波比的实测结果为：30kHz～18GHz频段内除临界频率点外均小于1.5∶1，临界频率点为1.65∶1。此外，本发明功率承载能力可达1kW，安装使用方便。

本发明所采用的技术方案是：将输入端同轴线由矩形同轴线结构改成了便于加工的圆同轴线，减少潜在的不匹配环节。接头输入端口为标准的N型射频同轴接口，采用N型插头与L27型插座一体化的方案设计接头输入段的内外导体。为适应高达18GHz的工作频率，成功设计和使用了斧形过渡块，斧形过渡块两端采用了内藏式偏弯设计，使GTEM室芯板从偏向顶板平缓地过渡到居中对称的同轴线。设计了截止波导管式芯板悬挂结构(包括聚四氟乙烯悬挂杆与芯板连接)，未增加不匹配因素的连接结构，减少了输入段的电磁波反射。

其具体结构为：吉赫兹横电磁波室同轴输入接头分为接头输入段、接头扩展段、阻抗微调装置三个部分；其中接头输入段的N型接头外导体与一体化接头外导体相接，N型接头插针与一体化接头内导体相接并由小绝缘支撑子固定在N型接头外导体与一体化接头外导体内的连接处，一体化接头外导体的大开口端与转接头连接；接头扩展段的同轴喇叭头的小开口端接转接头，同轴喇叭头的大开口端接喇叭过渡头，在同轴喇叭头的小开口端内设有大绝缘支撑子，斧形过渡块位于同轴喇叭头内，斧形过渡块的一端接大绝缘支撑子，另一端接匹配过渡板；GTEM室外导体的小开口端接喇叭过渡头的大开口端；阻抗微调装置部分的法兰位于GTEM室外导体壁上的通孔处与截止波导管相连接，盖帽位于截止波导管的上部，芯板悬挂杆位于截止波导管的中心轴线处，芯板调节螺母位于芯板悬挂杆的上部，芯板悬挂杆的下部通过芯板上的葫芦形孔与芯板连接；斧形过渡块与大绝缘支撑子通过斧形过渡块上的定位螺纹孔用螺钉连接；斧形过渡块通过芯板上的腰圆孔与芯板连接；斧形过渡块后的匹配过渡板同样通过芯板上的腰圆孔与芯板连接。

有益效果：

1    该输入接头的工作频率范围可达18GHz，可有效解决9kHz～18GHz频段内GTEM室的阻抗匹配难题；

2    该输入接头成功设计和使用了斧形过渡块，使GTEM室芯板从偏向顶板平缓地过渡到居中对称的同轴线；

3    该输入接头的内导体结构整体化，减少插头内结构的不连续环节；

4    利用截止波导管式芯板悬挂结构进行阻抗微调，增加了一个GTEM室匹配调整环节。

                        附图说明

图1是沿GTEM接头的轴向剖视结构示意图。

图2是在图1的基础上，以GTEM接头的轴向为转轴，旋转90度的剖视结构示意图。

图1中有：接头输入段的N型接头外导体11、N型接头插针12、小绝缘支撑子13、一体化接头外导体14、一体化接头内导体15、大绝缘支撑子16；接头扩展段的同轴喇叭头21、定位螺纹孔22、斧形过渡块23、连接槽24、匹配过渡板25、喇叭过渡头26、过渡转接座27；阻抗微调装置的盖帽31、芯板调节螺母32、截止波导管33、法兰34、芯板悬挂杆35；GTEM室外导体4；芯板5：葫芦形芯板悬挂孔51。

                        具体实施方式

该输入接头分为输入段、扩展段和截止波导式阻抗微调结构三部分。输入接头段和扩展段实现从N型同轴线圆形输入插座到GTEM小室扁平的芯板的转换过渡，并且由圆形同轴线的对称结构过渡到GTEM小室3∶1的偏心结构。截止波导式阻抗微调结构实现对GTEM室的阻抗微调。

为了实现18GHz的工作频率上限，采用N型插头与L27插座一体化的设计方案，将内导体也采用一体化的形式。并且进行了如下优化设计：

(1)介质垫片处结构的优化

从结构上考虑，内外导体之间必须用介质块(一般使用聚四氟乙烯)支撑定位。为了既能满足结构上支撑定位的要求，又要保证特性阻抗不变，降低内导体尺寸突变带来的负面影响，因此在聚四氟乙烯支撑子的适当位置处打孔保证特性阻抗为50Ω。

(2)圆结构到方结构过渡段结构的优化

在GTEM小室中，必须把接头前端的圆同轴结构过渡到后端的矩形同轴结构，该输入接头的内外导体阶梯面位置错开，不连续性产生的阶梯电容被增大了的电感所补偿，最终保证在该处的阻抗不变。

(3)斧形块的设计

斧形块输入端为倒去棱角的10mm×10mm的正方形截面，输出端为62mm宽×5mm厚(含3mm的芯板镶槽)，而且在10mm×10mm正方形截面段与圆同轴线内导体之间还带有一段过渡垫块，实际调试时，通过此过渡垫块调整喇叭接头处阶梯过渡段的匹配。

为了实现渐变，将GTEM室的芯板与同轴插座轴线之间的夹角分散在斧形块输入端及其中部。斧形块与芯板之间采用楔形过渡连接，由于斧形块上方离顶板距离较近，芯板尺寸突变对特性阻抗影响明显，所以在芯板上又加了一块梯形匹配过渡板。芯板上在连接螺钉部位开有腰圆调整孔，以补偿整个GTEM小室组装时的累计误差，使斧形块端部与喇叭头外导体之间的间距不确定量控制在0.2mm以内。

本发明中有：接头输入段的N型接头外导体11，N型接头插针12，聚四氟乙烯小绝缘支撑子13，N-L27一体化接头外导体14，N-L27一体化接头内导体15，聚四氟乙烯大绝缘支撑子16。接头扩展段的可更换式过渡转接座27(与同轴喇叭头21焊接)，N-L27一体化接头内导体安装定位螺纹孔22，斧形过渡块23，斧形块与芯板连接槽24，匹配过渡板25，固定式喇叭过渡头26。截止波导式阻抗微调结构的盖帽31，芯板调节螺母32，截止波导管33，安装法兰34；聚四氟乙烯芯板悬挂杆35。GTEM室外导体4。芯板5：葫芦形芯板悬挂孔51。

N型接头外导体11和N-L27一体化接头外导体14通过螺纹连接，N型接头插针12和N-L27一体化接头内导体15采用螺纹连接，并利用聚四氟乙烯小绝缘支撑子13进行定位。接头输入段的N-L27一体化接头外导体14和接头扩展段的过渡转接座27通过4个螺钉连接，N-L27一体化接头内导体15和斧形过渡块23通过螺纹22连接，并利用聚四氟乙烯大绝缘支撑子16定位。可更换式同轴喇叭头21和固定式喇叭过渡头26通过螺钉连接，斧形过渡块23与芯板5通过连接槽24相连，并采用螺钉固定。固定式喇叭过渡头26和GTEM室外导体4通过螺钉固定。盖帽31与截止波导管33通过螺纹连接，芯板调节螺母32通过螺纹套在聚四氟乙烯芯板悬挂杆35上部实现对芯板高度的调节，截止波导管33通过螺纹与安装法兰34连接，安装法兰34通过螺钉固定在GTEM室外导体上4，聚四氟乙烯芯板悬挂杆35通过葫芦形孔51和芯板5相连接。

具体结构为：其中接头输入段的N型接头外导体11与一体化接头外导体14相接，N型接头插针12与一体化接头内导体15相接并由小绝缘支撑子13固定在N型接头外导体11与一体化接头外导体14内的连接处，一体化接头外导体14的大开口端与过渡转接座27连接；接头扩展段的同轴喇叭头21的小开口端与过渡转接座27焊接，同轴喇叭头21的大开口端接喇叭过渡头26，在过渡转接座27的内端口设有大绝缘支撑子16，斧形过渡块23位于同轴喇叭头21内，斧形过渡块23的一端接内导体15和大绝缘支撑子16，另一端接芯板5和匹配过渡板25；GTEM室外导体4的小开口端接喇叭过渡头26的大开口端，阻抗微调装置部分的法兰34位于GTEM室外导体4壁上的通孔处与截止波导管33相连接，盖帽31位于截止波导管33的上部，芯板悬挂杆35位于截止波导管33的中心轴线处，芯板调节螺母32位于芯板悬挂杆35的上部，芯板悬挂杆35的下部与GTEM室外导体4中的芯板5连接。斧形过渡块23与大绝缘支撑子16通过斧形过渡块3上的定位螺纹孔22用螺钉连接；斧形过渡块23与芯板5通过斧形过渡块23上的连接槽用螺钉连接；匹配过渡板25通过芯板5上的腰圆孔与芯板连接。