一种非对称横电磁波传输室特性阻抗计算方法技术

本发明专利技术属于电磁兼容领域，具体涉及一种基于静态场理论的非对称横电磁波传输室(Asymmetric Transverse Electromagnetic Cell,ATEM cell)特性阻抗计算方法。首先，对ATEM小室主传输段中间横截面进行简化建模，再根据电磁场基本原理，计算出内外导体在静电场条件下的正负电荷分布。然后根据计算得到的电荷量计算横截面的电容，最后利用无耗传输线的特性阻抗公式计算出ATEM小室主传输段中间截面特性阻抗。通过该方法获得的ATEM小室主传输段中间截面特性阻抗，与实际测试获得的特性阻抗误差较小，具有实际工程应用意义。具有实际工程应用意义。具有实际工程应用意义。

【技术实现步骤摘要】
一种非对称横电磁波传输室特性阻抗计算方法


[0001]本专利技术属于电磁波传输室研究领域，具体涉及一种基于静态场理论的非对称横电磁波传输室特性阻抗计算方法。

技术介绍

[0002]伴随着信息电子技术的高速发展，电磁环境日渐复杂，因此电子设备的电磁兼容性问题越发严峻，电子设备辐射发射以及抗扰度测试需求日益增加。横电磁波传输室(Transverse Electromagnetic Cell,TEM cell)，作为一种成本相对较低的测试设备，广泛应用于电磁兼容领域，常被用于辐射发射测试以及电场探头校准，作为对TEM小室的改进，非对称横电磁波传输室(Asymmetric Transverse Electromagnetic Cell,ATEM cell)，其可用测试空间相比TEM cell更大。
[0003]无论是TEM小室还是ATEM小室，本质上就是在TEM模式下工作的双导体传输线的一段，基本原理是在TEM/ATEM小室的内、外导体板间产生TEM波。
[0004]如图5所示，其内部的电磁场分布与同轴线类似,场分布比较均匀，电场值可以方便准确的计算，因此可以用于计量、测试等场合。
[0005]目前对于TEM小室的特性阻抗，由于其结构上的对称性，采用经验公式计算特性阻抗比较准确，但是对于ATEM小室，其横截面是非对称结构，采用经验公式计算出的结果误差较大。

技术实现思路

[0006]本专利技术解决的技术问题：本专利技术的目的是针对上述
技术介绍
中的问题，提出一种针对截面是非对称结构的ATEM小室的精准测量方法。
[0007]本专利技术的技术方案：本专利技术公开了一种包括如下步骤，首先，对ATEM小室主传输段中间的横截面进行简化建模，对横截面场分布进行静态场近似，
[0008]然后基于矩阵法计算所述横截面的电荷分布，
[0009]然后根据所述横截面的电荷分布计算所述横截面的分布电容，
[0010]最后根据所述横截面的分布电容计算特性阻抗。
[0011]进一步的，包括如下步骤，
[0012]S1.对ATEM小室主传输段中间的横截面的内外导体建模为细丝结构，电荷按照一定规律分布在细丝结构上，并假设该模型上的电荷分布符合静态场理论；
[0013]S2.基于静态场近似理论，计算出所述横截面的内外导体在静电场条件下的正负电荷分布；
[0014]S3.对所述横截面的内外导体进行网格划分，并假设每一段的电荷都集中分布于每个网格段的中点，采用静态场标量电位公式计算出所述内外导体上划分的每一段网格中点上的电荷数值及极性，根据计算出的电荷分布算出所述横截面的分布电容；
[0015]S4.根据所述横截面的分布电容，利用无耗传输线的特性阻抗公式，计算出ATEM小
室主传输段中间的截面特性阻抗。
[0016]进一步的，所述标量电位公式为：
[0017][0018][0019]式中，r(x,y)表示电位观测点的坐标，即所求电位所在点的坐标，r
’
(x,y)表示电荷源点坐标，即各个电荷分布点(各
△
L小段中点)的坐标，G(r,r
’
)表示静态场下的格林函数；
[0020]离散条件下的标量电位计算公式为：
[0021][0022]式中，S表示内外导体各个网格中点，S
i
表示第i个点，假设S
i
点的电荷为ρ
i
。
[0023]4.根据权利要求3所述的非对称横电磁波传输室特性阻抗计算方法，其特征在于：
[0024]φ
ij
表示第i段导体上的电荷对第j个点的标量电位贡献量；其中，
[0025]φ
ij
＝ρ
i
g
ij
[0026]当i≠j时，
[0027][0028]当i＝j时候，
[0029][0030]进一步的，所述电荷分布计算公式为，γ＝B
‑1Φ，其中，
[0031][0032]式中，
[0033][0034]进一步的，由电容计算公式算出电容以后，再根据无耗传输线特性阻抗计算公式得出阻抗。
[0035]进一步的，所述电容计算公式式中，Q表示内导体或外导体电荷量，U表示内外导体电压。
[0036]进一步的，所述无耗传输线特性阻抗计算公式为
[0037]式中，μ0为真空磁导率、ε0为介电常数
[0038]本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
[0039]1.本专利技术旨在解决ATEM小室特性阻抗的计算问题，提高特性阻抗计算方法的通用性，对于TEM小室特性阻抗的计算，本专利技术同样适用。
[0040]2.由于本专利技术是通过数值算法求解电荷分布最终求得特性阻抗，在求解电荷分布的过程中，横截面的具体结构已通过建模加以考虑，因此在后续计算中不需要再考虑横截面的对称性；与现有经验公式相比较，本专利技术提出的方法计算简便，算法通用性强，误差较小，并已通过时域阻抗测试验证了该计算方法的有效性。
附图说明
[0041]图1是本专利技术计算方法流程图；
[0042]图2是ATEM小室三维图；
[0043]图3是ATEM小室主传输段中间部分横截面；
[0044]图4是ATEM小室主传输段中间部分横截面数值计算模型
[0045]图5是同轴线、TEM小室、ATEM小室横截面场分布图；
[0046]图6是局部地区数值计算模型优化方法。
具体实施方式
[0047]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0048]下面结合附图对本专利技术的技术方案做进一步的详细说明：
[0049](1)模型简化
[0050]如图1所示，为ATEM小室三维图。如图4所示，为了计算方便，将ATEM小室主传输段
中间的横截面的结构简化成
[0051]图2的结构，用带电细丝金属线代替内外导体，同时将内外导体按照每段长为
△
L进行网格划分，如图3，以便后续的数值计算，并假设内外导体一共分为N个长度为
△
L的小段。其中，横截面的长与宽都为L，内导体的宽度为Lx，C1表示外导体，C2表示内导体。
[0052](2)算法设计
[0053]静态场基本理论1.计算标量点位
[0054]根据静态场基本理论，标量电位可以使用公式(1)计算出
[0055][0056][0057]其中，r(x,y)表示电位观测点的坐标，即所求电位所在点的坐标，r
’
(x,y)表示电荷源点坐标，即各个电荷分布点(各
△
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种非对称横电磁波传输室特性阻抗计算方法，其特征在于：包括如下步骤，首先，对ATEM小室主传输段中间的横截面进行简化建模，对横截面场分布进行静态场近似，然后基于矩阵法计算所述横截面的电荷分布，然后根据所述横截面的电荷分布计算所述横截面的分布电容，最后根据所述横截面的分布电容计算特性阻抗。2.根据权利要求1所述的非对称横电磁波传输室特性阻抗计算方法，其特征在于：包括如下步骤，S1.对ATEM小室主传输段中间的横截面的内外导体建模为细丝结构，电荷按照一定规律分布在细丝结构上，并假设该模型上的电荷分布符合静态场理论；S2.基于静态场近似理论，计算出所述横截面的内外导体在静电场条件下的正负电荷分布；S3.对所述横截面的内外导体进行网格划分，并假设每一段的电荷都集中分布于每个网格段的中点，采用静态场标量电位公式计算出所述内外导体上划分的每一段网格中点上的电荷数值及极性，根据计算出的电荷分布算出所述横截面的分布电容；S4.根据所述横截面的分布电容，利用无耗传输线的特性阻抗公式，计算出ATEM小室主传输段中间的截面特性阻抗。3.根据权利要求2所述的非对称横电磁波传输室特性阻抗计算方法，其特征在于：所述标量电位公式为：标量电位公式为：式中，r(x,y)表示电位观测点的坐标，即所求电位所在点的坐标，r
’
(x,y)表示电荷源点坐标，即各个电荷分布点(各
△
...

【专利技术属性】
技术研发人员：谷亦行，周忠元，周香，景莘慧，任近静，汤仕平，王桂华，盛明杰，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：