КОАКСИАЛЬНАЯ КАМЕРА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ЭКРАНИРОВАНИЯ РАДИОПОГЛОЩАЮЩИХ МАТЕРИАЛОВ
COAXIAL CHAMBER FOR MEASURING THE EFFICIENCY OF ELECTROMAGNETIC SHIELDING OF RADIO-ABSORBING MATERIALS

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к испытательным устройствам, и может быть использовано для измерения коэффициента электромагнитного экранирования образцов радиопоглощающих материалов (РПМ).
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Техническим результатом является возможность увеличения максимальной рабочей частоты камеры до 12 ГГц при значении КСВН не более 1,3.
Технический результат достигается за счёт указанной формы и размеров проводников коаксиальной камеры.
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:
На фиг. 1 приведен изометрический вид с местным разрезом коаксиальной камеры.
На фиг. 2 приведено поперечное сечение с местным видом внутреннего проводника коаксиальной камеры.
На фиг. 3 приведено поперечное сечение с местным видом внешнего проводника коаксиальной камеры.
S
S
11
21
На фиг. 4 приведены частотные зависимости модулей коэффициента отражения || и передачи || коаксиальной камеры.
На фиг. 5 приведена фотография коаксиальной камеры.
t
l
d
d
D
d
D
L
L
D
d
l
l
l
L
L
L
L
L
c
с
1
1
2
2
ch
d
ch
p
p
1
3
1
3
В состав заявляемого устройства входит внешний проводник толщиной , 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  и диаметром , 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 / = 1/2,245, соединяемой 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. В месте соединения регулярной части с СВЧ соединителем диаметр внутреннего проводника уменьшается на длину  до отверстия длиной  и диаметром  для размещения диэлектрика СВЧ соединителя. Диаметр внутреннего проводника в конце регулярной части уменьшается до значения  на расстоянии , а внутри выполнено отверстие 8 для пайки центрального проводника СВЧ соединителя. Длины внутреннего проводника в центральной () и регулярной () частях камеры составляют 1/5,3 и 1/7,7 от общей длины , а для внешнего проводника аналогичные соотношения (/) и (/) составляют 1/4 и 1/7,63 соответственно.
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.