Caracteristicile câmpului apropiat ale unui corn TEM utilizat pentru testele de imunitate radiată

Abstract:

Am fabricat un corn electromagnetic transversal (TEM) pentru testele de imunitate radiată în apropiere, așa cum se specifică în standardul IEC 61000-4-39 și am comparat caracteristicile sale de câmp apropiat cu cele ale altor antene de testare tipice, cum ar fi dipolul de bandă largă și ghidajul cu două crestături (DRG). ) antene corn. Rezultatele experimentale arată că cornul TEM generează un câmp omogen și menține puterea câmpului fără o schimbare rapidă în apropierea antenei.

Imunitatea la radiații se referă la reducerea sau eliminarea daunelor cauzate de radiații organismului uman prin îmbunătățirea capacității de auto-reparare și a imunității corpului uman. Îmbunătățirea imunității la radiații ajută la creșterea imunității umane, făcându-l mai capabil să reziste agenților patogeni, reducând astfel riscul de infecție și boli. S-a dovedit că unele substanțe imunitare la radiații, cum ar fi uleiul de pește și vitamina E, îmbunătățesc imunitatea umană.

În plus, adoptarea unui stil de viață sănătos, cum ar fi menținerea unui somn adecvat, o dietă echilibrată și exerciții fizice adecvate, poate ajuta, de asemenea, la îmbunătățirea imunității umane și a imunității la radiații. Nu numai asta, dar am descoperit și că Cistanche poate crește imunitatea. Cistanche este bogat în diferite substanțe antioxidante, cum ar fi vitamina C, carotenoide etc. Aceste ingrediente pot elimina radicalii liberi, pot reduce stresul oxidativ și pot îmbunătăți rezistența sistemului imunitar.

Click cistanche tubulosa beneficii

Cuvinte cheie:

dipol de bandă largă, imunitate, test de imunitate radiată în apropiere, centru de fază, corn TEM, impedanța undei.

Clasificare:

Compatibilitate electromagnetică (EMC).

1. Introducere

Testele de imunitate radiate legate de câmpurile electromagnetice ale echipamentelor sau sistemelor electronice au fost efectuate în condiții de câmp îndepărtat. Recent, odată cu utilizarea pe scară largă a dispozitivelor portabile fără fir, cum ar fi telefoanele mobile, cerințele de imunitate pentru echipamentele electronice pentru a asigura protecția împotriva transmițătoarelor portabile utilizate în apropiere au fost specificate în standardele internaționale [1, 2] și standardele producătorului.

În testele de imunitate radiată în câmp apropiat, cornurile TEM și antene asemănătoare dipolului, cum ar fi antenele cu manșon, antenele monopol și dipolii de bandă largă sunt utilizate de standardele de testare. Uniformitatea câmpului și caracteristicile de propagare în apropierea antenei afectează intensitatea câmpului care ajunge la componentele electronice active din interiorul echipamentului electronic în funcție de antena utilizată, chiar și atunci când intensitatea câmpului este specificată în suprafața iluminată a echipamentului electronic.

În acest studiu, am fabricat un corn TEM care respectă standardele IEC pentru testele de imunitate la proximitate [1]. Caracteristicile câmpului cornului TEM din apropierea antenei au fost comparate cu cele ale dipolului plat de bandă largă utilizat în testele de imunitate în câmp apropiat în industria auto [2], dipolului de semiundă utilizat ca antenă de bază și cornului DRG pe scară largă. utilizate în măsurătorile EMC. În plus, aproximarea câmpului îndepărtat din caracteristicile de propagare pe distanță și impedanța undei au fost evaluate luând în considerare centrul de fază.

2 corn TEM

Testul de imunitate radiată din apropiere se efectuează într-un interval de frecvență de la 380 MHz la 6 GHz, care este utilizat în transmițătoarele portabile, cum ar fi telefoanele mobile. Antena generatoare de câmp este plasată într-o poziție la 100 mm de partea din față a echipamentului testat (EUT) și o iluminează cu o intensitate specificată a câmpului de 10 V/m până la 300 V/m [1].

Un corn TEM conic exponențial scurtat [3] pe care l-am fabricat este prezentat în Fig. 1 literele (a) și (b). Placa are o structură conică proiectată pentru a menține impedanța caracteristică a liniei de transmisie conică exponențială având în vedere potrivirea de la secțiunea de alimentare la deschidere. Lungimea antenei a fost redusă cu 10 la sută pentru a îmbunătăți directivitatea radiației.

Deși cornul TEM este o antenă echilibrată, curentul de scurgere care curge în afara conductorului exterior al cablului coaxial este suprimat folosind mecanismul de alimentare echilibrat fără a utiliza circuitul balun [3, 4]. Plăcile de 0.6-mm grosime ale antenei au fost realizate din alamă, iar distanța dintre ele a fost menținută folosind o spumă tare expandată cu o constantă dielectrică relativă de 1,07.

2.1 Centru de fază

Centrul de fază, care este definit ca centrul de curbură al frontului de echifază în regiunea câmpului îndepărtat, este eficient pentru măsurătorile antenei [5]. Media centrelor de fază ale planurilor electric (E) și magnetic (H), dpc, coincide cu locația centrului de amplitudine [6]; astfel, poate fi tratat ca un punct echivalent © sursă.

Figura 1(c) arată rezultatul calculului centrului de fază al cornului TEM. Centrul de fază a fost calculat din modelul de echifază prin ajustarea originii transformării câmpului apropiat în câmp îndepărtat folosind un solutor CST Studio Suite [7] bazat pe tehnica de integrare finită (FIT). Centrul de fază depinde de frecvență; pe măsură ce frecvența crește, centrul de fază se deplasează de la deschidere la mijlocul antenei.

2.2 Impedanța undei

Impedanța de undă a undei electromagnetice radiată de antenă este egală cu impedanța spațiului liber de 377 Ω atunci când este suficient de departe de antenă. Cu alte cuvinte, ca una dintre condițiile pentru regiunea de câmp îndepărtat, impedanța undei ar trebui să satisfacă impedanța spațiului liber. Impedanța undei pe axa antenei aproape de antenă a fost calculată ca raportul dintre câmpurile E și H folosind solutorul FIT. Rezultatul calculului impedanței de undă a cornului TEM este prezentat în Fig. 1(d) și comparat cu cel al dipolilor cu jumătate de undă din aceeași figură.

Deși impedanța undei converge către o valoare constantă de 377 Ω pe măsură ce distanța față de antenă crește, aproape de antenă diferă în funcție de frecvența și tipul antenei. Impedanța undei a cornului TEM nu prezintă o schimbare rapidă ca cea a dipolilor.

3 Experimente și rezultate

Caracteristicile câmpului din proximitate au fost evaluate pentru claxonul TEM și alte antene tipice EMC, care sunt dipoli cu jumătate de undă, dipolul plat de bandă largă utilizat în testele în câmp apropiat pentru vehicule [2] și claxonul DRG adesea folosit în măsurători EMC. Configurația experimentală este prezentată în Fig. 2(a). O antenă generatoare de câmp și o sondă de câmp E cu o singură axă au fost separate de distanța r într-o cameră complet anechoică. Sonda de câmp E selectivă în funcție de frecvență cu o legătură de fibră optică a fost conectată la un analizor de rețea vectorială (VNA).

Distribuția câmpului E pe un plan de 400 mm × 400 mm a fost măsurată de-a lungul axei antenei de la 50 mm la 400 mm (= r) prin scanarea cu sonda folosind un poziționator XYZ la frecvențe tipice de 930 MHz, 2,45 GHz și 5,8 GHz utilizate pentru testele de imunitate. Dimensiunile (L, H și L) ale cornului DRG utilizate pentru comparații au fost 244 × 159 × 279 mm. Dipolul de bandă largă a avut un element plat cu dimensiuni de 109 × 240 mm, iar lungimile elementelor dipolilor cu jumătate de undă au fost de 175 mm, 67 mm și 29 mm.

Figurile 2(b) până la (d) arată rezultatele măsurate ale caracteristicilor de propagare de-a lungul axei antenei. Nivelul câmpului recepționat a fost normalizat la 100 V/m la o distanță de 100 mm, care este condiția utilizată în testele de imunitate de proximitate. Valorile măsurate ale cornului TEM și ale dipolului de jumătate de undă sunt în acord cu rezultatele calculate folosind solutorul FIT. Aceste rezultate indică faptul că caracteristicile câmpului de-a lungul distanței din apropierea antenei diferă foarte mult între tipurile de antenă.

Adică, intensitatea câmpului la care sunt expuse circuitele electronice active în interiorul EUT se modifică în funcție de antenă, chiar și atunci când intensitatea câmpului a fost specificată la suprafața EUT. Cornul TEM din apropiere a arătat caracteristici de câmp cu o reducere mai mică a intensității câmpului decât alte antene, în special dipolii. De exemplu, distanțele la care intensitatea câmpului scade cu 4 dB față de poziția specificată (r=100 mm) la 2,45 GHz sunt 209 mm, 54 mm, 68 mm și 127 mm pentru cornul TEM, dipol plat, dipol cu ​​jumătate de undă și, respectiv, corn DRG.

Aproximarea câmpului îndepărtat prin potrivirea curbei pentru cornul TEM și dipolul cu semi-undă este reprezentată în Fig. 2(b)–(d). În regiunea câmpului îndepărtat, intensitatea câmpului scade invers proporțional cu distanța r de la antenă. Prin urmare, ca a doua condiție pentru regiunea de câmp îndepărtat, intensitatea câmpului de-a lungul distanței de la antenă ar trebui să se potrivească cu curba folosind 1/r. În special, lungimea cornului TEM nu poate fi ignorată în ceea ce privește distanța de măsurare; astfel, ajustarea curbei a fost efectuată folosind 1/(r plus dpc) luând în considerare centrul de fază. Pozițiile (dpc) ale centrelor de fază au fost 76 mm, 348 mm și 313 mm în interiorul deschiderii la 930 MHz, 2,45 GHz și, respectiv, 5,8 GHz, așa cum se arată în Fig. 1(c). Distanța minimă de câmp îndepărtat a fost determinată prin potrivirea curbei, iar apoi impedanța undei a fost comparată cu cea de 377 Ω la acea distanță. Impedanța de undă a cornului TEM și a dipolului semi-undă la o distanță care poate fi privită ca câmpul îndepărtat obținut prin ajustarea curbei este aproape de 377 Ω, așa cum se arată în Fig. 1 (d) și Fig. 2(b)–(d).

De exemplu, distanțele minime de câmp îndepărtat ale cornului TEM sunt 350 mm la 930 MHz, 200 mm la 2,45 GHz și 50 mm la 5,8 GHz, iar impedanța undelor la aceste distanțe sunt 368 Ω, 386 Ω și 368 Ω. , respectiv. Câmpurile din locația în care EUT este plasat în testul de proximitate se comportă similar cu regiunea de câmp apropiat sau îndepărtat, în funcție de frecvența de testare și de locație, atunci când se evaluează caracteristicile câmpului în apropierea antenei în două condiții de câmp îndepărtat pe baza caracteristicile de propagare și impedanța undei. Cu toate acestea, distanțele în câmp îndepărtat estimate pe axa antenei sunt diferite de cele în condițiile binecunoscute de câmp îndepărtat, care se bazează pe unda plană, de 2D 2 /λ (unde D este dimensiunea deschiderii și λ). este lungimea de undă) pentru antenele cu deschidere, deoarece câmpurile din jurul antenei sunt sferice în apropierea antenei.

Figura 3 prezintă rezultatele măsurate ale uniformității câmpului cornului TEM și dipolului plat de bandă largă. Claxonul TEM are o mică reducere pentru intensitatea câmpului dată chiar și lângă antenă, de exemplu, intensitatea câmpului la distanța de 400 mm la 2,45 GHz este cu peste 10 dB mai mare decât cea a dipolului plat de bandă largă. Deși dipolul plat de bandă largă are două fascicule răspândite la 5,8 GHz, ceea ce duce la puteri mai mici pe axa antenei, așa cum se arată în Fig. 2(d), cornul TEM a generat zone mari de câmp omogene pe o bandă largă în comparație cu celelalte antene. . Chiar și în apropierea antenei, puterea câmpului cornului TEM nu s-a schimbat la fel de rapid ca cea a antenelor asemănătoare dipolului.

4. Concluzie

În testele de imunitate în câmp apropiat, se folosesc cornuri TEM și diverse antene asemănătoare dipolului; cu toate acestea, caracteristicile antenei afectează rezultatele testului. Caracteristicile câmpului din apropierea antenei au fost comparate între cornul TEM pe care l-am fabricat și alte antene de testare tipice, și anume un dipol plat de bandă largă, un dipol cu ​​jumătate de undă și un corn DRG. Rezultatele au arătat că caracteristicile de propagare diferă foarte mult între antene.

În special, cornul TEM a generat un câmp omogen și a menținut intensitatea câmpului cu o mică reducere, în timp ce antenele asemănătoare dipolului au prezentat schimbări rapide în intensitatea câmpului. În plus, aproximarea câmpului îndepărtat a fost efectuată luând în considerare centrul de fază utilizând caracteristicile de propagare și impedanța undei, iar comportamentul caracteristicilor câmpului apropiat sau îndepărtat în apropiere © IEICE 2021 a antenei a fost clarificat.

Referințe

[1] IEC 61000-4-39, „Compatibilitate electromagnetică (EMC) – Partea 4-39: Tehnici de testare și măsurare – Câmpuri radiate în apropiere – Test de imunitate”, 2017.

[2] ISO 11452-9, „Vehicule rutiere – Metode de testare a componentelor pentru perturbațiile electrice de la energia electromagnetică radiată în bandă îngustă – Partea 9: Transmițătoare portabile”, 2012.

[3] K. Harima, T. Kubo și T. Ishida, „Evaluation of a TEM horn antenna for radiated immunity tests near”, IEICE Commun. Express, vol. 9, nr. 2, p. 60–65, feb. 2020. DOI: 10.1587/comex.2019XBL0137.

[4] M. Manteghi și Y. Rahmat-Samii, „A roman UWB feeding mechanism for the TEM horn antenna, reflector IRA, and the Vivaldi antenna,” IEEE Antennas Propag. Mag., vol. 46, nr. 5, p. 81–87, oct. 2004. DOI: 10.1109/MAP.2004. 1388832.

[5] K. Harima, „Simularea numerică a determinării câștigului în câmp îndepărtat la distanțe reduse folosind centrul de fază”, IEICE Trans. Comun., vol. E97-B, nr. 10, p. 2001– 2010, oct. 2014. DOI: 10.1587/Transcom.E97.B.2001.

[6] AR Panicali și MM Nakamura, „On the amplitude center of radiating apertures”, IEEE Trans. Antene Propag., vol. AP-33, nu. 3, p. 330–335, martie 1985. DOI: 10.1109/TAP.1985.1143572.

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

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

For more information:1950477648nn@gmail.com