本實(shí)用新型涉及一種橫電磁波小室，尤其涉及一種加載鐵氧體的 PCB型橫電磁波小室，屬于電磁兼容領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著電子技術(shù)的高速發(fā)展，電子設(shè)備中集成電路的電磁兼容性檢測(cè)備受關(guān)注。電磁兼容測(cè)試要求在無(wú)外部電磁噪聲的環(huán)境中測(cè)試，通常的測(cè)試環(huán)境有電波暗室、屏幕室、開(kāi)闊場(chǎng)地和橫電磁波小室等。但是電波暗室造價(jià)較高，而且開(kāi)闊場(chǎng)地試驗(yàn)受環(huán)境影響較大，所以橫電磁波小室成為電磁兼容性檢測(cè)的不二之選。IEC61967-2標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了IC輻射發(fā)射的橫電磁波小室測(cè)試方法，它是一種低成本的測(cè)試方法，且易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測(cè)試。標(biāo)準(zhǔn)型橫電磁波小室的橫截面尺寸為152 mm×99mm，縱向長(zhǎng)度為338mm，可用頻率從DC至1GHz，被測(cè)物最大尺寸為 6cm×6cm×1cm。

但是隨著電子設(shè)備的運(yùn)行速度越來(lái)越快，集成電路的工作頻率也在不斷提高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于1GHz，這就對(duì)橫電磁波小室的上限頻率提出了較高的要求。因此，提高橫電磁波小室的上限可用頻率對(duì)集成電路的電磁兼容檢測(cè)具有重大的研究意義，最接近的現(xiàn)有技術(shù)中有提到通過(guò)在標(biāo)準(zhǔn)磁波小室的中間段外導(dǎo)體中開(kāi)縱向縫隙，可將上限可用頻率提高至3GHz。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為將其上限可用頻率得到更大幅度的擴(kuò)展，在不改變標(biāo)準(zhǔn)橫電磁波小室整體和測(cè)試板尺寸的前提下，提供一種加載鐵氧體的開(kāi)槽型橫電磁波小室，其外形尺寸與標(biāo)準(zhǔn)橫電磁波小室相同，被測(cè)物最大尺寸為60mm×60m×10mm，駐波比小于1.3，場(chǎng)均勻度小于3dB，S11小于-18dB，S21大于-1.6dB。

本實(shí)用新型為解決上述問(wèn)題提供的技術(shù)方案是：一種加載鐵氧體的 PCB型橫電磁波小室，其特征在于：包含外導(dǎo)體和內(nèi)導(dǎo)體，所述的外導(dǎo)體包括方形結(jié)構(gòu)的中間段外導(dǎo)體和呈錐形結(jié)構(gòu)過(guò)渡的漸變段外導(dǎo)體，中間段外導(dǎo)體和過(guò)渡段外導(dǎo)體同軸，且圍成一個(gè)小室；所述的內(nèi)導(dǎo)體為沿外導(dǎo)體軸向方向設(shè)置的一塊扁平的芯板，分為中間段內(nèi)導(dǎo)體和漸變段內(nèi)導(dǎo)體，內(nèi)導(dǎo)體長(zhǎng)度與外導(dǎo)體長(zhǎng)度相同，所述的芯板為銅板或鋁板中的一種；

所述的外導(dǎo)體為單層PCB板，分為介質(zhì)板層和金屬板層，介質(zhì)板層位于小室內(nèi)壁，金屬板層位于小室外壁，介質(zhì)板層厚度為1mm，中間段外導(dǎo)體四周的金屬層上設(shè)有若干相互平行的縱向槽，縱向槽長(zhǎng)度與中間段軸向長(zhǎng)度相同，高度與金屬層厚度相同，且縱向槽內(nèi)填充有鐵氧體條。

進(jìn)一步，作為一種具體的結(jié)構(gòu)形式，所述的金屬層厚度為35μm。

進(jìn)一步，作為一種具體的結(jié)構(gòu)形式，所述的內(nèi)導(dǎo)體優(yōu)選厚度為1mm的銅板。

進(jìn)一步，作為一種具體的結(jié)構(gòu)形式，所述的中間段外導(dǎo)體的上寬邊和下寬邊各開(kāi)設(shè)有6-10條縱向槽，前窄邊和后窄邊各開(kāi)設(shè)有3-7條縱向槽。

進(jìn)一步，作為一種具體的結(jié)構(gòu)形式，所述的上寬邊和下寬邊各開(kāi)設(shè)有8條縱向槽，在前窄邊和后窄邊各開(kāi)設(shè)有5條縱向槽，所述的縱向槽均勻分布在各邊上。

進(jìn)一步，作為一種具體的結(jié)構(gòu)形式，所述的每條縱向槽內(nèi)鐵氧體條的長(zhǎng)度為 152mm，寬度為5mm,厚度為0.5mm。

進(jìn)一步，作為一種具體的結(jié)構(gòu)形式，所述的PCB板材質(zhì)為FR4。

進(jìn)一步，作為一種具體的結(jié)構(gòu)形式，所述的中間段外導(dǎo)體長(zhǎng)度L₀＝152mm、寬度a＝152mm、高度b＝99mm、漸變段外導(dǎo)體的長(zhǎng)度L₁＝93mm、漸變段外導(dǎo)體末端的寬度a₁＝30.4mm,漸變段外導(dǎo)體末端的高度為b₁＝19.8mm。

進(jìn)一步，作為一種具體的結(jié)構(gòu)形式，所述的中間段內(nèi)導(dǎo)體寬度w＝114.6mm，漸變段內(nèi)導(dǎo)體末端的寬度為v＝21.35mm,左右兩個(gè)漸變段內(nèi)導(dǎo)體尺寸一樣。

本實(shí)用新型的有益效果是：橫電磁波小室性能的衡量標(biāo)準(zhǔn)主要是上限可用頻率和測(cè)試區(qū)域內(nèi)的場(chǎng)均勻性，本實(shí)用新型中加載鐵氧體的PCB型橫電磁波小室有效抑制了橫電磁波小室的高次模和諧振的產(chǎn)生；在保持IEC61967-2標(biāo)準(zhǔn)橫電磁波小室大小和測(cè)試板尺寸的情況下，外導(dǎo)體采用PCB板結(jié)構(gòu)，制作簡(jiǎn)單且成本較低；并在PCB板開(kāi)槽處填補(bǔ)鐵氧體條，以防止電磁波泄漏，實(shí)現(xiàn)了較好的屏蔽作用。最終，該加載鐵氧體的PCB型橫電磁波小室的上限工作頻率擴(kuò)展到 3.3GHz，測(cè)試區(qū)域內(nèi)的場(chǎng)均勻性低于1.3dB，使得工作區(qū)間場(chǎng)分布均勻性良好。

附圖說(shuō)明

圖1為IEC61967-2標(biāo)準(zhǔn)的橫電磁波小室的立體圖

圖2為本實(shí)用新型的立體圖

圖3為本實(shí)用新型的拆分圖

圖4為本實(shí)用新型的整體俯視圖

圖5為本實(shí)用新型和內(nèi)導(dǎo)體1俯視圖

圖6為本實(shí)用新型的主視圖

圖7為本實(shí)用新型的左視圖

圖8為橫電磁波小室中間段內(nèi)導(dǎo)體寬度w與中間段特性阻抗Z₁的關(guān)系圖

圖9為橫電磁波小室漸變段內(nèi)導(dǎo)體末端的寬度v與整體特性阻抗Z₀的關(guān)系圖

圖10為本實(shí)用新型仿真的回波損耗S11曲線圖

圖11為本實(shí)用新型仿真的插入損耗損耗S21曲線圖

圖12為本實(shí)用新型仿真的駐波比VSWR曲線圖

圖13為本實(shí)用新型在不同高度處電場(chǎng)垂直分量歸一化曲線圖

圖14為本實(shí)用新型在不同寬度處電場(chǎng)垂直分量歸一化曲線圖

附圖標(biāo)注說(shuō)明：1、內(nèi)導(dǎo)體，2、外導(dǎo)體，11、中間段內(nèi)導(dǎo)體，12、漸變段內(nèi)導(dǎo)體，21、中間段外導(dǎo)體，22、漸變段外導(dǎo)體，3、鐵氧體條。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)地說(shuō)明。但應(yīng)當(dāng)理解本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不受具體實(shí)施方式的限制。

設(shè)計(jì)原理：

對(duì)橫電磁波小室工作頻率影響較大的高次模主要是TE模，即縱向磁場(chǎng)分量H_z的影響較大，而H_z與電流密度J_s的關(guān)系為:其中，J_s為沿橫向方向的電流密度。因此，通過(guò)抑制橫向電流可以減少縱向磁場(chǎng)分量，從而抑制TE高次模的產(chǎn)生。并在縱向槽上添加鐵氧體條3以防止電磁波泄漏，實(shí)現(xiàn)了較好的屏蔽作用。

在三維電磁仿真軟件(采用三維直角坐標(biāo)系下時(shí)域有限差分(FDTD) 方法)中建立該新型橫電磁波小室的仿真模型，利用三維電磁仿真軟件計(jì)算其回波損耗S11、插入損耗S21和駐波比VSWR，最后對(duì)橫電磁波小室的電場(chǎng)均勻性進(jìn)行分析。

圖1為IEC61967-2標(biāo)準(zhǔn)的橫電磁波小室，包含外導(dǎo)體2和內(nèi)導(dǎo)體1，外導(dǎo)體2包括方形結(jié)構(gòu)的中間段外導(dǎo)體21和中間段兩端呈錐形結(jié)構(gòu)過(guò)渡的漸變段外導(dǎo)體22，中間段外導(dǎo)體21和漸變段外導(dǎo)體22同軸，且圍成一個(gè)小室；內(nèi)導(dǎo)體1為沿外導(dǎo)體2軸向方向設(shè)置的一塊扁平的芯板，分為中間段內(nèi)導(dǎo)體11和漸變段內(nèi)導(dǎo)體12，內(nèi)導(dǎo)體1長(zhǎng)度與外導(dǎo)體2長(zhǎng)度相同。IEC61967-2標(biāo)準(zhǔn)的橫電磁波小室橫截面尺寸為152mm×99mm，縱向長(zhǎng)度為338mm，即中間段外導(dǎo)體21長(zhǎng)度L0＝152mm、寬度a＝152mm、高度b＝99mm，漸變段外導(dǎo)體的長(zhǎng)度L1＝93mm，可用頻率從DC至1GHz，被測(cè)物最大尺寸為6cm×6cm×1cm。

圖2為本實(shí)用新型中的橫電磁波小室的立體圖，也是在三維電磁仿真軟件中建立的橫電磁波小室仿真模型，三維直角坐標(biāo)系的原點(diǎn)在橫電磁波小室中心對(duì)稱(chēng)點(diǎn)上,x方向?yàn)樵撃Ｐ蜋M截面的水平方向，y方向?yàn)樵撃Ｐ蜋M截面的垂直方向， z方向?yàn)樵撃Ｐ偷乃椒较颉Ｔ摍M電磁波小室的外導(dǎo)體2和內(nèi)導(dǎo)體1尺寸與圖1中標(biāo)準(zhǔn)橫電磁波小室的尺寸相同。本實(shí)用新型中的外導(dǎo)體2是單層PCB 板，材質(zhì)為FR4，分為介質(zhì)板層和金屬層，介質(zhì)板層厚度為1mm，金屬層厚度為35μm；內(nèi)導(dǎo)體1厚度為t＝1mm，材質(zhì)為銅；中間段外導(dǎo)體21四周的金屬層上均勻分布有相互平行的縱向槽，每條縱向槽上都填充有鐵氧體條3。

圖3為本實(shí)用新型的拆分圖，橫電磁波小室由中間段外導(dǎo)體21、漸變段外導(dǎo)體22、中間段內(nèi)導(dǎo)體11、漸變段內(nèi)導(dǎo)體12和鐵氧體條3組成。

圖4為本實(shí)用新型的整體俯視圖

圖5為本實(shí)用新型的內(nèi)導(dǎo)體俯視圖

圖6為本實(shí)用新型的主視圖

圖7為本實(shí)用新型的左視圖

如圖4-7所示，本實(shí)用新型中加載鐵氧體的PCB型橫電磁波小室，其外導(dǎo)體2是單層PCB板，材質(zhì)為FR4，介質(zhì)板厚度為1mm，PCB板金屬層厚度為35 μm；內(nèi)導(dǎo)體1厚度為t＝1mm，材質(zhì)為銅。中間段外導(dǎo)體21長(zhǎng)度L₀＝152mm、寬度a＝152mm、高度b＝99mm、漸變段的長(zhǎng)度L₁＝93mm、中間段內(nèi)導(dǎo)體11寬度 w＝114.6mm；漸變段外導(dǎo)體22末端的寬度a₁＝30.4mm,漸變段外導(dǎo)體22末端的高度為b₁＝19.8mm,漸變段內(nèi)導(dǎo)體12末端的寬度為v＝21.35mm,中間段外導(dǎo)體21 上等距離地分布縱向槽，槽的長(zhǎng)度為152mm，寬度為5mm,厚度為1mm，外導(dǎo)體2上下寬邊等距離開(kāi)設(shè)有8條縱向槽，前后兩側(cè)窄邊等距離開(kāi)設(shè)有5條縱向槽，并添加長(zhǎng)度為152mm，寬度為5mm，厚度為0.5mm的鐵氧體條3來(lái)填補(bǔ)所有的縱向槽。

圖8為橫電磁波小室中間段內(nèi)導(dǎo)體寬度w與中間段特性阻抗Z₁的關(guān)系圖，由于橫電磁波小室的一端要連接50Ω的匹配負(fù)載，所以在設(shè)計(jì)橫電磁波小室時(shí)，要盡可能地使橫電磁波小室的特性阻抗Z₀接近50Ω，這樣才是實(shí)現(xiàn)較好的阻抗匹配，橫電磁波小室的整體性能才能達(dá)到最優(yōu)。首先需要滿足中間段的阻抗匹配，也就是使中間段的特性阻抗Z₁＝50Ω，中間段外導(dǎo)體的長(zhǎng)、寬、高和厚度都已確定，而且內(nèi)導(dǎo)體的厚度t取1mm比較接近實(shí)際情況，那么需要求出中間段阻抗匹配時(shí)，中間段內(nèi)導(dǎo)體的寬度w。

橫電磁波小室中間段的特征阻抗近似為

單位長(zhǎng)度分布電容C₀的近似表達(dá)式為

ε₀：磁導(dǎo)率

μ₀：介電常數(shù)

η₀：自由空間的特征阻抗，其值為120πΩ

C₀：以F/m為單位的單位長(zhǎng)度分布電容

有公式(1)可知，當(dāng)橫電磁波小室中間段的特征阻抗Z₁＝50Ω的特征阻抗，那么對(duì)應(yīng)的已知a＝152mm,b＝99mm，根據(jù)公式(2)，可以得出則 w≈114mm。

為了實(shí)現(xiàn)更好的阻抗匹配，需要求出w的精確值。因此，在三維電磁仿真軟件中建立橫電磁波小室中間段的模型，將中間段內(nèi)導(dǎo)體寬度w設(shè)為變量，將w 在110mm-115mm范圍內(nèi)掃頻，可得出w與橫電磁波小室中間段特性阻抗Z₁的關(guān)系圖。如圖8所示，當(dāng)w＝114.6mm時(shí)，特性阻抗Z₁＝50Ω。

圖9為橫電磁波小室漸變段內(nèi)導(dǎo)體末端的寬度v與整體特性阻抗Z₀的關(guān)系圖，當(dāng)橫電磁波小室的性能最佳，當(dāng)窄邊b1＝19.8mm時(shí)，比較接近實(shí)際，此時(shí)因?yàn)樗援?dāng)w＝114.6mm時(shí)，將漸變段內(nèi)導(dǎo)體末端的寬度v設(shè)為變量，將v在 20mm-25mm范圍內(nèi)掃頻，可得出v與橫電磁波小室特性阻抗Z的關(guān)系圖。如圖 9所示，當(dāng)v＝21.35mm時(shí)，特性阻抗Z₀＝50Ω。

圖10為本實(shí)用新型仿真的S11曲線圖，在三維電磁仿真軟件(采用三維直角坐標(biāo)系下時(shí)域有限差分(FDTD)方法)中建立橫電磁波小室的仿真模型，利用三維電磁仿真軟件計(jì)算其回波損耗S11，由S11曲線圖可知，在0-3.3GHz范圍內(nèi)，S11小于-18dB。

圖11為本實(shí)用新型仿真的S21曲線圖，利用三維電磁仿真軟件計(jì)算其插入損耗S21，由S21曲線圖可知，在0-3.3GHz范圍內(nèi)，S21大于-1.6dB。

圖12為本實(shí)用新型仿真的VSWR曲線圖，利用三維電磁仿真軟件計(jì)算其駐波比VSWR，由S21曲線圖可知，在0-3.3GHz范圍內(nèi)，VSWR小于1.3。

圖13為本實(shí)用新型不同高度的電場(chǎng)水平分量的曲線圖，IEC61967-2規(guī)定的橫電磁波小室磁波小室的被測(cè)物最大尺寸為60mm×60m×10mm，即可用測(cè)試試空間為-30mm<z<30mm，-30mm<x<30mm，20mm<y<30mm。因?yàn)闄M電磁波小室結(jié)構(gòu)是上下對(duì)稱(chēng)的，電場(chǎng)分布也是上下對(duì)稱(chēng)的，而且水平場(chǎng)分量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于垂直場(chǎng)分量，故可以忽略不計(jì)，所以只需計(jì)算其內(nèi)導(dǎo)體1芯板與上板間(即上半腔)垂直場(chǎng)分量Ey的分布情況。采用三維電磁仿真軟件計(jì)算出E_y后,取z＝0mm， -30mm<x<30mm時(shí)，y＝20mm,y＝25mm,y＝30mm所對(duì)應(yīng)的E_y，按照公式對(duì)E_y(V/m)的值進(jìn)行歸一化，其中E₀是內(nèi)導(dǎo)體1芯板與底板之間中心點(diǎn)的垂直場(chǎng)分量。由圖13可知，本專(zhuān)利橫電磁波小室的場(chǎng)均勻性小于 1dB。

圖14為本實(shí)用新型不同寬度處電場(chǎng)垂直分量歸一化曲線圖，因?yàn)闄M電磁波小室結(jié)構(gòu)是前后對(duì)稱(chēng)的，所以只需計(jì)算其前半腔垂直場(chǎng)分量Ey的分布情況。采用三維電磁仿真軟件計(jì)算出E_y后，取y＝25mm，-30mm<z<30mm時(shí)， x＝0mm,x＝15mm,x＝30mm所對(duì)應(yīng)的Ey，按照公式對(duì)E_y(V/m) 的值進(jìn)行歸一化，其中E₀是內(nèi)導(dǎo)體1芯板與底板之間中心點(diǎn)的垂直場(chǎng)分量。由圖14可知，本專(zhuān)利橫電磁波小室的場(chǎng)均勻性小于3dB。