Närfältsegenskaper hos ett TEM-horn som används för utstrålade immunitetstester

Abstrakt:

Vi har tillverkat ett tvärgående elektromagnetiskt (TEM) horn för utstrålade immunitetstester i närheten som specificerats i standard IEC 61000-4-39 och jämfört dess närfältsegenskaper med de hos andra typiska testantenner som bredbandsdipol och dubbelräfflade guide (DRG) ) hornantenner. Experimentella resultat visar att TEM-hornet genererar ett homogent fält och bibehåller fältstyrkan utan en snabb förändring nära antennen.

Strålningsimmunitet hänvisar till att minska eller eliminera skador som orsakas av strålning på människokroppen genom att förbättra människokroppens självreparationsförmåga och immunitet. Förbättringen av strålningsimmuniteten bidrar till att förbättra människans immunitet, vilket gör den bättre för att motstå patogener och därigenom minska risken för infektioner och sjukdomar. Vissa strålningsimmunitetsämnen, såsom fiskolja och vitamin E, har visat sig förbättra mänsklig immunitet.

Dessutom kan en hälsosam livsstil, som att upprätthålla tillräcklig sömn, en balanserad kost och rätt träning, också bidra till att förbättra mänsklig immunitet och strålningsimmunitet. Inte bara det, vi fann också att Cistanche kan förbättra immuniteten. Cistanche är rik på olika antioxidantämnen, såsom vitamin C, karotenoider etc. Dessa ingredienser kan rensa fria radikaler, minska oxidativ stress och förbättra immunförsvarets motståndskraft.

Klicka cistanche tubulosa fördelar

Nyckelord:

bredbandsdipol, immunitet, strålningsimmunitetstest i närheten, fascentrum, TEM-horn, vågimpedans.

Klassificering:

Elektromagnetisk kompatibilitet (EMC).

1. Introduktion

Utstrålade immunitetstester relaterade till elektromagnetiska fält hos elektronisk utrustning eller system har utförts under fjärrfältsförhållanden. Nyligen, med den utbredda användningen av bärbara trådlösa enheter som mobiltelefoner, har immunitetskrav för elektronisk utrustning för att säkerställa skydd mot bärbara sändare som används i närheten specificerats i internationella standarder [1, 2] och tillverkarstandarder.

I närfältsutstrålade immunitetstester, används TEM-horn och dipolliknande antenner såsom hylsa-antenner, monopolantenner och bredbandsdipoler av teststandarder. Fältlikformigheten och utbredningsegenskaperna i närheten av antennen påverkar fältstyrkan som når de aktiva elektroniska komponenterna inuti den elektroniska utrustningen beroende på vilken antenn som används, även när fältstyrkan anges i den elektroniska utrustningens belysta yta.

I den här studien tillverkade vi ett TEM-horn som överensstämmer med IEC-standarder för närhetsimmunitetstester [1]. Fältegenskaperna för TEM-hornet nära antennen jämfördes med egenskaperna hos den platta bredbandsdipolen som används i närfältsimmunitetstester inom bilindustrin [2], halvvågsdipolen som används som basantenn och DRG-hornet i stor utsträckning används vid EMC-mätningar. Dessutom utvärderades fjärrfältsapproximationen från egenskaperna för utbredning över ett avstånd och vågimpedansen med hänsyn till fascentrum.

2 TEM-horn

Det utstrålade immunitetstestet i närheten utförs i ett frekvensområde på 380 MHz till 6 GHz, vilket används i bärbara sändare som mobiltelefoner. Den fältalstrande antennen placeras i ett läge 100 mm från framsidan av den utrustning som testas (EUT) och lyser upp den med en specificerad fältstyrka på 10 V/m till 300 V/m [1].

Ett förkortat exponentiellt avsmalnande TEM-horn [3] som vi tillverkade visas i Fig. 1(a) och (b). Plattan har en avsmalnande struktur utformad för att bibehålla den karakteristiska impedansen för den exponentiella koniska transmissionsledningen med hänsyn till anpassningen från matningssektionen till öppningen. Antennlängden minskades med 10 procent för att förbättra strålningsriktningen.

Även om TEM-hornet är en balanserad antenn, undertrycks läckströmmen som flyter utanför koaxialkabelns yttre ledare med hjälp av den balanserade matningsmekanismen utan att använda balunkretsen [3, 4]. Antennens 0.6-mm tjocka plattor var gjorda av mässing, och avståndet mellan dem bibehölls med hjälp av ett expanderat hårt skum med en relativ dielektricitetskonstant på 1,07.

2.1 Fascentrum

Fascentrum, som definieras som krökningscentrum för ekvifasfronten i fjärrfältsområdet, är effektivt för antennmätningar [5]. Medelvärdet för fascentra för de elektriska (E) och magnetiska (H) planen, dpc, sammanfaller med platsen för amplitudcentrum [6]; sålunda kan den behandlas som en likvärdig punkt ©-källa.

Figur 1(c) visar beräkningsresultatet för TEM-hornets fascentrum. Fascentrum beräknades från ekvifasmönstret genom att justera ursprunget för transformationen av nära till fjärrfält med hjälp av en CST Studio Suite-lösare [7] baserad på finita integrationsteknik (FIT). Fascentrum beror på frekvensen; när frekvensen ökar flyttas fascentrum från bländaren till mitten av antennen.

2.2 Vågimpedans

Vågimpedansen för den elektromagnetiska vågen som utstrålas från antennen är lika med den fria rymdimpedansen på 377 Ω när den är tillräckligt långt från antennen. Med andra ord, som ett av villkoren för fjärrfältsområdet, bör vågimpedansen tillfredsställa impedansen för det fria utrymmet. Vågimpedansen på antennens axel nära antennen beräknades som förhållandet mellan E- och H-fälten med hjälp av FIT-lösaren. Beräkningsresultatet av vågimpedansen för TEM-hornet visas i fig. 1(d) och jämförs med halvvågsdipolerna i samma figur.

Även om vågimpedansen konvergerar mot ett konstant värde på 377 Ω när avståndet från antennen ökar, skiljer sig dess närhet till antennen beroende på frekvensen och typen av antennen. Vågimpedansen för TEM-hornet visar inte en snabb förändring som för dipoler.

3 Experiment och resultat

Fältegenskaperna i närheten utvärderades för TEM-hornet och andra typiska EMC-antenner, som är halvvågsdipoler, den platta bredbandsdipolen som används i närfältstester för fordon [2] och DRG-hornet som ofta används i EMC-mätningar. Den experimentella uppställningen visas i fig. 2(a). En fältgenererande antenn och en enaxlig E-fältsond separerades med avståndet r i en helt ekofri kammare. Den frekvensselektiva E-fältsonden med en optisk fiberlänk kopplades till en vektornätverksanalysator (VNA).

E-fältsfördelningen på ett plan på 400 mm × 400 mm mättes längs antennaxeln från 50 mm till 400 mm (= r) genom att skanna med sonden med hjälp av en XYZ-positionerare vid typiska frekvenser på 930 MHz, 2,45 GHz och 5,8 GHz används för immunitetstesterna. Dimensionerna (W, H och L) på DRG-hornet som användes för jämförelser var 244 × 159 × 279 mm. Bredbandsdipolen hade ett platt element med dimensionerna 109 × 240 mm, och elementlängderna för halvvågsdipoler var 175 mm, 67 mm och 29 mm.

Figurerna 2(b) till (d) visar de uppmätta resultaten av utbredningsegenskaperna längs antennens axel. Den mottagna fältnivån normaliserades till 100 V/m på ett avstånd av 100 mm, vilket är det tillstånd som används i närhetsimmunitetstesterna. De uppmätta värdena för TEM-hornet och halvvågsdipolen överensstämmer väl med de resultat som beräknats med hjälp av FIT-lösaren. Dessa resultat indikerar att fältkarakteristiken längs med avståndet nära antennen skiljer sig mycket mellan antenntyperna.

Det vill säga fältstyrkan som de aktiva elektroniska kretsarna utsätts för inuti EUT ändras beroende på antennen, även när fältstyrkan specificerades vid ytan av EUT. TEM-hornet i närheten visade fältkarakteristika med en mindre minskning av fältstyrkan än andra antenner, speciellt dipoler. Till exempel är avstånden där fältstyrkan minskar med 4 dB från den angivna positionen (r=100 mm) vid 2,45 GHz 209 mm, 54 mm, 68 mm och 127 mm för TEM-hornet, platt dipol, halvvågsdipol respektive DRG-horn.

Fjärrfältsapproximationen genom kurvanpassning för TEM-hornet och halvvågsdipolen plottas i Fig. 2(b)–(d). I fjärrfältsområdet minskar fältstyrkan i omvänd proportion till avståndet r från antennen. Därför, som det andra villkoret för fjärrfältsområdet, bör fältstyrkan längs med avståndet från antennen passa kurvan med 1/r. I synnerhet kan längden på TEM-hornet inte ignoreras när det gäller mätavståndet; sålunda utfördes kurvanpassning med användning av 1/(r plus dpc) med tanke på fascentrum. Positionerna (dpc) för fascentrumen var 76 mm, 348 mm och 313 mm innanför öppningen vid 930 MHz, 2,45 GHz respektive 5,8 GHz, såsom visas i fig. 1(c). Det minsta fjärrfältsavståndet bestämdes genom kurvanpassning, och sedan jämfördes vågimpedansen med den för 377 Ω på det avståndet. Vågimpedansen för TEM-hornet och halvvågsdipolen på ett avstånd som kan betraktas som det avlägsna fältet som erhålls genom kurvanpassning är nära 377 Ω, som visas i Fig. 1(d) och Fig. 2(b)–(d).

Till exempel är de minsta fjärrfältsavstånden för TEM-hornet 350 mm vid 930 MHz, 200 mm vid 2,45 GHz och 50 mm vid 5,8 GHz, och vågimpedanserna på dessa avstånd är 368 Ω, 386 Ω och 368 Ω , respektive. Fälten på platsen där EUT är placerad i närhetstestet beter sig på samma sätt som när- eller fjärrfältsregionen beroende på testfrekvensen och platsen vid utvärdering av fältkarakteristika nära antennen under två fjärrfältsförhållanden baserat på utbredningsegenskaper och vågimpedansen. Fjärrfältsavstånden som uppskattas på antennens axel skiljer sig emellertid från de under det välkända fjärrfältsförhållandet, som är baserat på den plana vågen, av 2D 2 /λ (där D är bländarstorleken och λ är våglängden) för bländarantenner, eftersom fälten runt antennen är sfäriska nära antennen.

Figur 3 visar de uppmätta resultaten av fältlikformigheten för TEM-hornet och den platta bredbandsdipolen. TEM-hornet har en liten reduktion för den givna fältstyrkan även nära antennen, till exempel är fältstyrkan på avståndet 400 mm vid 2,45 GHz mer än 10 dB högre än den för den platta bredbandsdipolen. Även om den platta bredbandsdipolen har två strålar spridda vid 5,8 GHz, vilket resulterar i lägre styrkor på antennens axel som visas i fig. 2(d), genererade TEM-hornet stora homogena fältområden över ett bredband jämfört med de andra antennerna . Även nära antennen förändrades inte fältstyrkan hos TEM-hornet lika snabbt som hos dipolliknande antenner.

4. Slutsats

I närfältsimmunitetstester används TEM-horn och olika dipolliknande antenner; Antennens egenskaper påverkar dock testresultaten. Fältegenskaperna nära antennen jämfördes mellan TEM-hornet som vi tillverkade och andra typiska testantenner, nämligen en platt bredbandsdipol, en halvvågsdipol och ett DRG-horn. Resultaten visade att utbredningsegenskaperna skiljer sig mycket mellan antennerna.

I synnerhet genererade TEM-hornet ett homogent fält och bibehöll fältstyrkan med en liten minskning, medan de dipolliknande antennerna visade snabba förändringar i fältstyrkan. Dessutom utfördes fjärrfältsapproximationen med hänsyn till fascentrum med hjälp av utbredningsegenskaperna och vågimpedansen, och beteendet hos när- eller fjärrfältskarakteristika i närheten © IEICE 2021 av antennen klargjordes.

Referenser

[1] IEC 61000-4-39, "Electromagnetic compatibility (EMC) - Del 4-39: Testing and measurement techniques - Radiated fields nearby - Immunity test," 2017.

[2] ISO 11452-9, "Vägfordon - Komponenttestmetoder för elektriska störningar från smalbandsstrålad elektromagnetisk energi - Del 9: Bärbara sändare," 2012.

[3] K. Harima, T. Kubo och T. Ishida, "Utvärdering av en TEM-hornantenn för utstrålade immunitetstester i närheten," IEICE Commun. Express, vol. 9, nr. 2, s. 60–65, februari 2020. DOI: 10.1587/comex.2019XBL0137.

[4] M. Manteghi och Y. Rahmat-Samii, "En ny UWB-matningsmekanism för TEM-hornantennen, reflektorn IRA och Vivaldiantennen," IEEE Antennas Propag. Mag., vol. 46, nr. 5, s. 81–87, okt. 2004. DOI: 10.1109/MAP.2004. 1388832.

[5] K. Harima, "Numerisk simulering av bestämning av fjärrfältsförstärkning vid reducerade avstånd med hjälp av fascentrum," IEICE Trans. Commun., vol. E97-B, nej. 10, s. 2001–2010, oktober 2014. DOI: 10.1587/Transcom.E97.B.2001.

[6] AR Panicali och MM Nakamura, "På amplitudcentrum för strålande aperturer," IEEE Trans. Antennas Propag., vol. AP-33, nej. 3, s. 330–335, mars 1985. DOI: 10.1109/TAP.1985.1143572.

[7] CST Studio Suite, 2021, [online] Tillgänglig: https://www.3ds.com/.

Katsushige Harima1, a), Takayuki Kubo2 , Kaoru Gotoh1 och Takeshi Ishida2

For more information:1950477648nn@gmail.com