一种基于矩形波导的材料电场屏蔽效能测试系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及电磁屏蔽技术领域，特别是涉及一种基于矩形波导的材料电场屏蔽效能测试方法及系统。本系统所用到的装置有矩形波导、网络分析仪、同轴TEM模式—矩形TE10模式转换器和射频同轴电缆；测试时将待测材料横向放置于矩形波导中间断开处，并用两断开端压紧待测材料；通过网络分析仪测量放置待测材料前后的S21参数，利用公式计算得到材料电场屏蔽效能并估算待测材料的电导率。该方法可以用来测试各向异性材料不同电场极化方向时的电场屏蔽效能，弥补法兰同轴法的不足。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电磁屏蔽
，尤其涉及一种基于矩形波导的材料电场屏蔽效能测试系统和方法。
技术介绍
电磁屏蔽是抑制藉由空间场耦合途径的电磁骚扰的主要技术措施。传统上，电磁屏蔽通过用金属材料制成的屏蔽壳体包围骚扰源或敏感对象来实施。金属具有极好的导电性，其对电磁波的屏蔽效能足够高。因此，金属屏蔽体屏蔽效能分析的重点在于开孔和接缝的影响。近年来，随着材料科学和技术的发展，越来越多的非金属板型的导电材料在电磁屏蔽中得到应用，如金属泡沫、碳纤维、导电橡胶、周期结构、频率选择性表面等。这些非常规屏蔽材料具有密度低、柔性好或频率选择性好等特点，在特殊场合下有重要应用价值。屏蔽效能是材料电磁屏蔽应用的关键指标。由于结构或组成的复杂性，非常规屏蔽材料的等效电磁参数不易获得。特别是在宽频率范围内获得材料电磁参数并非易事。在电磁参数缺失的情况下，从理论上分析材料电磁屏蔽效能通常是极其困难的。因此，实验测试是评估材料电磁屏蔽效能的不可或缺的手段。目前，法兰同轴法是考察材料远场(平面波)屏蔽效能的常用方法。法兰同轴法基于TEM模式与平面波的相似性，模拟测试材料的平面波屏蔽效能。具体实施时通过沿同轴波导横截面加载板状待测材料，并用网络分析仪获得材料的插入损耗来表征屏蔽效能。法兰同轴法的优点是基本不受周围场景的影响，测试稳定性好，且理论上可通过屏蔽效能反演材料的等效电磁参数(根据平面波屏蔽效能的解析公式)。但该方法存在如下问题，法兰同轴激发的TEM模式的电场强度的极化方向是轴对称的，因此在对各向异性材料进行测试时，同轴波导TEM模式体现的是各种极化方向下平面波屏蔽效能的“平均效果”，无法测试各向异性材料不同电场极化方向下的屏蔽效能。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提出了一种基于矩形波导的材料电场屏蔽效能测试系统和方法。一种基于矩形波导的材料电场屏蔽效能测试系统，所述系统包括：矩形波导、网络分析仪、同轴TEM模式—矩形TE10模式转换器和射频同轴电缆；所述矩形波导为采用金属板制成的横截面为矩形的柱形壳体，从所述柱形壳体的中间横向断开，用于放置待测材料；所述同轴TEM模式—矩形TE10模式转换器有两个，分别为第一同轴TEM模式—矩形TE10模式转换器和第二同轴TEM模式—矩形TE10模式转换器，所述第一同轴TEM模式—矩形TE10模式转换器的第一端与所述矩形波导的第一端连接，所述第二同轴TEM模式—矩形TE10模式转换器的第一端与所述矩形波导的第二端连接；所述射频同轴电缆有两段，分别为第一射频同轴电缆和第二射频同轴电缆，所述第一射频同轴电缆的两端分别与所述第一同轴TEM模式—矩形TE10模式转换器的第二端和所述网络分析仪的输入端口连接，所述第二射频同轴电缆的两端分别与所述第二同轴TEM模式—矩形TE10模式转换器的第二端和所述网络分析仪的输出端口连接。一种采用上述测试系统的测试材料电场屏蔽效能的方法，所述方法包括以下步骤：S1，计算所述矩形波导的TE10模式截止频率fc1和所述矩形波导的TE01模式截止频率fc2，校准所述网络分析仪，调节所述网络分析仪的测试频率范围为fc1～fc2；S2，在所述矩形波导中未放置待测材料时，操作所述网络分析仪，测得未放置待测材料时的参数S3，将所述待测材料横向放置于所述矩形波导中间断开处，并用两断开端压紧所述待测材料，再次操作所述网络分析仪，测得放置待测材料时的参数所述待测材料要求满足σ/ωε>1000，其中：σ为所述待测材料的电导率，ω为测试时电磁波的角频率，ε为所述待测材料的介电常数；S4，计算所述待测材料的电场屏蔽效能；S5，利用测得的所述电场屏蔽效能和对应的频率反推所述待测材料的电导率，估算出所述待测材料的电导率范围。所述电场屏蔽效能的计算公式为： S E = S 21 ( 1 ) - S 21 ( 2 ) + Δ T E ]]>其中，为未放置待测材料时的S21参数，为放置待测材料时的S21参数；ΔTE为修正参数，即待测材料对TE10模式插入损耗与待测材料对TEM模式插入损耗之差，ΔTE的计算公式为：ΔTE＝-10log10(1-(fc/f)2)其中，f为波频率，fc为所述矩形波导TE10模式截止频率。所述估算出所述待测材料的电导率范围利用无限大导电板对垂直入射平面波电磁屏蔽效能公式： S E = 20 log 10 | e jk c d ( Z 0 + Z c ) 2 4 Z 0 Z c [ 1 - e - 2 jk c d ( Z 0 - Z c Z 0 + Z c ) 2 ] | ]]>其中，为平面波在自由空间的波阻抗，为平面波在导电板中的波阻抗，为平面波在导电板中的传播常数，εe＝εc-jσ/ω为导电板包含了电导率影响的等效介电常数，εc为导电板的介电常数，μc为导电板的磁导率，σ为导电板的电导率，ω为测试时电磁波的角频率，d为导电板的厚度，ε0为真空介电常数，μ0为真空磁导率。用上述方法测试各向异性材料不同电场极化方向时的电场屏蔽效能。本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于矩形波导的材料电场屏蔽效能测试系统，其特征在于，所述系统包括：矩形波导、网络分析仪、同轴TEM模式—矩形TE10模式转换器和射频同轴电缆，待测材料；所述矩形波导为采用金属板制成的横截面为矩形的柱形壳体，从所述柱形壳体的中间横向断开，用于放置所述待测材料；所述同轴TEM模式—矩形TE10模式转换器有两个，分别为第一同轴TEM模式—矩形TE10模式转换器和第二同轴TEM模式—矩形TE10模式转换器，所述第一同轴TEM模式—矩形TE10模式转换器的第一端与所述矩形波导的第一端连接，所述第二同轴TEM模式—矩形TE10模式转换器的第一端与所述矩形波导的第二端连接；所述射频同轴电缆有两段，分别为第一射频同轴电缆和第二射频同轴电缆，所述第一射频同轴电缆的两端分别与所述第一同轴TEM模式—矩形TE10模式转换器的第二端和所述网络分析仪的输入端口连接，所述第二射频同轴电缆的两端分别与所述第二同轴TEM模式—矩形TE10模式转换器的第二端和所述网络分析仪的输出端口连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于矩形波导的材料电场屏蔽效能测试系统，其特征在于，所述系统包括：矩形波导、网络分析仪、同轴TEM模式—矩形TE10模式转换器和射频同轴电缆，待测材料；所述矩形波导为采用金属板制成的横截面为矩形的柱形壳体，从所述柱形壳体的中间横向断开，用于放置所述待测材料；所述同轴TEM模式—矩形TE10模式转换器有两个，分别为第一同轴TEM模式—矩形TE10模式转换器和第二同轴TEM模式—矩形TE10模式转换器，所述第一同轴TEM模式—矩形TE10模式转换器的第一端与所述矩形波导的第一端连接，所述第二同轴TEM模式—矩形TE10模式转换器的第一端与所述矩形波导的第二端连接；所述射频同轴电缆有两段，分别为第一射频同轴电缆和第二射频同轴电缆，所述第一射频同轴电缆的两端分别与所述第一同轴TEM模式—矩形TE10模式转换器的第二端和所述网络分析仪的输入端口连接，所述第二射频同轴电缆的两端分别与所述第二同轴TEM模式—矩形TE10模式转换器的第二端和所述网络分析仪的输出端口连接。2.一种采用如权利要求1所述测试系统的测试材料电场屏蔽效能的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：S1，计算所述矩形波导的TE10模式截止频率fc1和所述矩形波导的TE01模式截止频率fc2，校准所述网络分析仪，调节所述网络分析仪的测试频率范围为fc1～fc2；S2，在所述矩形波导中未放置所述待测材料时，操作所述网络分析仪，测得未放置所述待测材料时的参数S3，将所述待测材料横向放置于所述矩形波导中间断开处，并用两断开端压紧所述待测材料，再次操作所述网络分析仪，测得放置所述待测材料时的参数所述待测材料要求满足σ/ωε>1000，其中：σ为所述待测材料的电导率，ω为测试时电磁波的角频率，ε为所述待测材料的介电常数；S4，计算所述待测材料的电场屏蔽效能；S5，利用测得的所述电场屏蔽效能和对应的频率反推所述待测材料的电导率，估算出所述待测材料的电导率范围。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述电场屏蔽效能的计算公式为： S E = S 21 ( 1 ) - S 21 ( 2 ) + Δ T E ]]>其中，为未放置待测材料时的S21参数，为放置待测材料时的S21参数；ΔTE为修正参数，即待测材料对TE10模式插入损耗与待测材料对TEM模式插入损耗之差，ΔTE的计算公式为：ΔTE＝-10log10(1-(fc/f...

【专利技术属性】
技术研发人员：焦重庆，李顺杰，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：北京;11