原创 解决微波电缆上屏蔽效应测试的问题(三)

解决微波电缆上屏蔽效应测试的问题(三)

作者：Rudy Fuks

空腔测量法并不像看起来那么简单。在一个空腔腔体固定结构进行的测试中，测量结果还取决于外层线路阻抗和速度差，因此，按照IEC 标准，还必须采取适当的校正。

出于机械方面的考虑，外层的线路阻抗通常要大于50 Ω。IEC的缺省值为150Ω，内部系统与外部系统间的速度差为10% 。根据最新的IEC的标准文件，结果表达式中应该包含10log₁₀(2Zs/R)的校正误差，其中，Z表示外层线路特征阻抗，R是被测部件的特征阻抗(绝大多数情况下为50Ω)。如果外层线路阻抗不等于150Ω，必须将其归一化到150Ω。如果外层电路阻抗不是50Ω的话，也被归一化。

其中，ε_r1等于被测部件的相对介电常数，ε_r2,t为外层电路的相对介电常数；ε_r2为归一化的外层电路相对介电常数。此外，当内外系统的速率差大于10%时，就必须进行速率校正。

这两种方法的另一个区别在于频率的限制。IEC的设计将上限频率限定到3GHz 到4 GHz之间。限制因素是外层线路的截至频率(这种情况下就是传统的截至频率)。空腔腔体管测试法的频率可以达到7.5GHz。Zorzy指出，利用一个特殊的模抑制器，腔体管测试法的适用频率可达到18GHZ。

如果产生TE₁₁模波，那么在腔体内的相同直线上就会发生相互耦合。图4和图5显示的是两个腔体，它们分别采用的是锥形结构和步进结构。若要连接到标准测试连接器时，则必须进行过渡，即使它能够像滤波器一样并能将部分TE₁₁波转化为TEM波。由于半径尺寸的减小，该过渡将反射波导模，从而导致测量误差的产生。抑制这种模的一种方法，就是降低连接体之间的同心容差。

大多数的参考文献仅仅只关注第一波导模，即TE₁₁。使用Ansoft公司的高频结构仿真器HFSS EM软件，作者对一个加载类似RG142的电缆负载的简单空腔管进行了计算机仿真。模型的外管的内径为0.915英寸，阻抗约为108 Ω。大约有三个高达约18GHz的波导模是活跃的。此外，也有一些模式在两交叉偏振中被激励，其中也包括TE₁₁模。主波TEM模和各次波导模之间的相互作用可忽略不计(除了谐振频率)。在某些情况下，跳模会影响屏蔽效应的测量。

在HFSS仿真过程中，我们还对直径更大的腔管进行了仿真。该管的阻抗为127Ω，并且大于10个波导模式是活跃的。绝大多数仿真在低于7.5GHZ的情况下并不谐振，由此我们得出结论：对于高达18 GHz的频率，外管直径应尽可能小。采用模滤波器，试验数据可得到进一步改善。多数情况下，开始的三个波导模都有TE波的特征。所有这些波模都具有轴向磁场分量，这也导致了在外部电路的内表面上出现圆周电流分量。波模滤波器可以基于这一点来设计。

当低频屏蔽试验方法被定义以后，对于微波应用还有许多问题需要研究，尤其是当同轴电缆作为电长物体时。不同的屏蔽效应测试方法之间需要有更好的相关性，而且还需要更好地定义校正和归一化功能。