Säteilynsietotesteissä käytetyn TEM-torven lähikentän ominaisuudet

Abstrakti:

Olemme valmistaneet transversaalisen sähkömagneettisen (TEM) torven säteilynsietotestejä varten lähistöllä standardin IEC 61000-4-39 mukaisesti ja vertailleet sen lähikenttäominaisuuksia muiden tyypillisten testiantennien, kuten laajakaistadipolin ja kaksoisharjanteen johdon (DRG) vastaaviin. ) torviantennit. Kokeelliset tulokset osoittavat, että TEM-torvi muodostaa homogeenisen kentän ja ylläpitää kentän voimakkuutta ilman nopeaa muutosta antennin lähellä.

Säteilynkestävyys tarkoittaa säteilyn ihmiskeholle aiheuttamien vaurioiden vähentämistä tai poistamista parantamalla ihmiskehon itsekorjauskykyä ja immuniteettia. Säteilyimmuniteetin parantaminen auttaa vahvistamaan ihmisen immuniteettia, jolloin se pystyy paremmin vastustamaan taudinaiheuttajia, mikä vähentää infektio- ja sairausriskiä. Joidenkin säteilynkestävyysaineiden, kuten kalaöljyn ja E-vitamiinin, on osoitettu parantavan ihmisen vastustuskykyä.

Lisäksi terveelliset elämäntavat, kuten riittävän unen ylläpitäminen, tasapainoinen ruokavalio ja oikea liikunta, voivat myös parantaa ihmisen vastustuskykyä ja säteilyvastusta. Ei vain sitä, vaan huomasimme myös, että Cistanche voi parantaa immuniteettia. Cistanche sisältää runsaasti erilaisia ​​antioksidantteja, kuten C-vitamiinia, karotenoideja jne. Nämä ainesosat voivat poistaa vapaita radikaaleja, vähentää oksidatiivista stressiä ja parantaa immuunijärjestelmän vastustuskykyä.

Napsauta cistanche tubulosa -etuja

Avainsanat:

laajakaistadipoli, immuniteetti, säteilynsietotesti lähellä, vaihekeskus, TEM-torvi, aaltoimpedanssi.

Luokittelu:

Sähkömagneettinen yhteensopivuus (EMC).

1. Esittely

Elektronisten laitteiden tai järjestelmien sähkömagneettisiin kenttiin liittyviä säteilynsietotestejä on suoritettu kaukokenttäolosuhteissa. Äskettäin kannettavien langattomien laitteiden, kuten matkapuhelimien, laajan käytön myötä kansainvälisissä standardeissa [1, 2] ja valmistajan standardeissa on määritelty elektronisten laitteiden häiriönsietovaatimukset, joilla varmistetaan suoja lähistöllä käytettäviltä kannettavilta lähettimiltä.

Lähikentän säteilynsietotesteissä testistandardien mukaan käytetään TEM-torvia ja dipolin kaltaisia ​​antenneja, kuten holkkiantenneja, monopoliantenneja ja laajakaistadipoleja. Kentän tasaisuus ja etenemisominaisuudet antennin läheisyydessä vaikuttavat käytetystä antennista riippuen elektroniikkalaitteen sisällä oleviin aktiivisiin elektronisiin komponentteihin saavuttavaan kentänvoimakkuuteen, vaikka kentänvoimakkuus olisi määritelty elektroniikkalaitteen valaistussa pinnassa.

Tässä tutkimuksessa valmistimme TEM-torven, joka on IEC-standardien mukainen läheisyyssietotesteissä [1]. Antennin lähellä olevan TEM-torven kenttäominaisuuksia verrattiin autoteollisuudessa lähikenttäherkkyystesteissä käytetyn tasaisen laajakaistadipolin [2], perusantennina käytettävän puoliaaltodipolin ja laajalti DRG-torven kenttäominaisuuksiin. käytetään EMC-mittauksissa. Lisäksi arvioitiin kaukokentän approksimaatio matkan etenemisen ominaisuuksista ja aaltoimpedanssi ottaen huomioon vaihekeskuksen.

2 TEM-torvi

Lähellä oleva säteilynkestävyystesti suoritetaan taajuusalueella 380 MHz - 6 GHz, jota käytetään kannettavissa lähettimissä, kuten matkapuhelimissa. Kenttä luova antenni sijoitetaan 100 mm:n etäisyydelle testattavan laitteen (EUT) etuosasta ja valaisee sen määritetyllä kenttävoimakkuudella 10 V/m - 300 V/m [1].

Valmistamamme lyhennetty eksponentiaalisesti kartiomainen TEM-torvi [3] on esitetty kuvissa 1 ja 2. 1(a) ja (b). Levyllä on kartiomainen rakenne, joka on suunniteltu säilyttämään eksponentiaalisesti kartiomaisen siirtolinjan ominaisimpedanssi ottaen huomioon sovitus syöttöosasta aukkoon. Antennipituutta lyhennettiin 10 prosenttia säteilyn suuntaavuuden parantamiseksi.

Vaikka TEM-torvi on balansoitu antenni, koaksiaalikaapelin ulkojohtimen ulkopuolella virtaava vuotovirta vaimennetaan käyttämällä balansoitua syöttömekanismia ilman balun-piiriä [3, 4]. Antennin 0.6-mm paksut levyt tehtiin messingistä, ja niiden välinen etäisyys ylläpidettiin käyttämällä paisutettua kovaa vaahtoa, jonka suhteellinen dielektrisyysvakio oli 1,07.

2.1 Vaihekeskus

Vaihekeskipiste, joka määritellään tasafaasirintaman kaarevuuskeskukseksi kaukokentän alueella, on tehokas antennimittauksissa [5]. Sähköisen (E) ja magneettisen (H) tason vaihekeskipisteiden keskiarvo, dpc, on sama kuin amplitudikeskuksen sijainti [6]; joten sitä voidaan pitää vastaavana pisteen © lähteenä.

Kuvassa 1(c) on esitetty TEM-torven vaihekeskuksen laskentatulos. Vaihekeskus laskettiin tasavaihekuviosta säätämällä läheltä kauko-kenttään muunnoksen origoa käyttämällä CST Studio Suite -ratkaisua [7], joka perustuu rajalliseen integrointitekniikkaan (FIT). Vaihekeskus riippuu taajuudesta; taajuuden kasvaessa vaihekeskus siirtyy aukosta antennin keskelle.

2.2 Aaltoimpedanssi

Antennista säteilevän sähkömagneettisen aallon aaltoimpedanssi on yhtä suuri kuin vapaan tilan impedanssi 377 Ω, kun se on riittävän kaukana antennista. Toisin sanoen, yhtenä kaukokenttäalueen ehdoista aaltoimpedanssin tulisi täyttää vapaan tilan impedanssi. Aaltoimpedanssi antennin akselilla lähellä antennia laskettiin E- ja H-kenttien suhteena käyttämällä FIT-ratkaisijaa. TEM-torven aaltoimpedanssin laskentatulos on esitetty kuvassa 1(d) ja sitä verrataan puoliaaltodipolien vastaavaan samassa kuvassa.

Vaikka aaltoimpedanssi konvergoi kohti vakioarvoa 377 Ω, kun etäisyys antennista kasvaa, sen läheisyys antenniin vaihtelee riippuen antennin taajuudesta ja tyypistä. TEM-torven aaltoimpedanssi ei osoita nopeaa muutosta kuin dipolien.

3 Kokeilut ja tulokset

Kenttäominaisuudet läheisyydessä arvioitiin TEM-torvelle ja muille tyypillisille EMC-antenneille, jotka ovat puoliaaltodipoleja, ajoneuvojen lähikenttätesteissä [2] käytetylle tasaiselle laajakaistadipolille ja usein EMC-mittauksissa käytettävälle DRG-torvelle. Koejärjestely on esitetty kuvassa 2(a). Kenttä generoiva antenni ja yksiakselinen E-kenttäsondi erotettiin etäisyydellä r täysin kaiuttomassa kammiossa. Taajuusselektiivinen E-kenttäanturi optisella kuitulinkillä yhdistettiin vektoriverkkoanalysaattoriin (VNA).

E-kentän jakauma 400 mm × 400 mm:n tasolla mitattiin antennin akselia pitkin 50 mm:stä 400 mm:iin (= r) skannaamalla anturin kanssa käyttämällä XYZ-asennoitinta tyypillisillä 930 MHz:n taajuuksilla, 2,45 GHz ja 5,8 GHz käytetään häiriönsietotesteissä. Vertailuissa käytetyn DRG-torven mitat (L, K ja L) olivat 244 × 159 × 279 mm. Laajakaistadipolissa oli litteä elementti, jonka mitat olivat 109 × 240 mm, ja puoliaaltodipolien elementin pituudet olivat 175 mm, 67 mm ja 29 mm.

Kuviot 2(b) - (d) esittävät etenemisominaisuuksien mitatut tulokset antennin akselilla. Vastaanotettu kenttätaso normalisoitiin arvoon 100 V/m 100 mm:n etäisyydellä, mikä on läheisyyssietotesteissä käytetty ehto. TEM-torven ja puoliaaltodipolin mitatut arvot ovat hyvin yhtäpitäviä FIT-ratkaisijalla laskettujen tulosten kanssa. Nämä tulokset osoittavat, että kenttäominaisuudet etäisyydellä antennin lähellä eroavat suuresti antennityyppien välillä.

Toisin sanoen kentänvoimakkuus, jolle aktiiviset elektroniikkapiirit altistuvat EUT:n sisällä, muuttuu antennin mukaan, vaikka kentänvoimakkuus olisi määritelty EUT:n pinnalla. Lähistöllä oleva TEM-torvi osoitti kenttäominaisuuksia pienemmällä kentänvoimakkuuden heikkenemisellä kuin muut antennit, erityisesti dipolit. Esimerkiksi etäisyydet, joissa kentänvoimakkuus pienenee 4 dB määritetystä sijainnista (r=100 mm) 2,45 GHz:llä, ovat 209 mm, 54 mm, 68 mm ja 127 mm TEM-torvessa, litteässä dipolissa, puoliaaltodipoli ja DRG-torvi, vastaavasti.

Kaukokentän approksimaatio käyräsovituksella TEM-torvelle ja puoliaaltodipolille on piirretty kuvioihin 1 ja 2. 2(b)–(d). Kaukokentän alueella kentänvoimakkuus pienenee käänteisesti suhteessa etäisyyteen r antennista. Siksi kaukokentän alueen toisena ehdona antennin etäisyydellä olevan kentänvoimakkuuden tulisi sopia käyrään käyttämällä 1/r. Erityisesti TEM-torven pituutta ei voida jättää huomiotta mittausetäisyyden osalta; siten käyrän sovitus suoritettiin käyttämällä 1/(r plus dpc) ottaen huomioon vaihekeskuksen. Vaihekeskipisteiden paikat (dpc) olivat 76 mm, 348 mm ja 313 mm aukon sisällä taajuudella 930 MHz, 2,45 GHz ja 5,8 GHz, vastaavasti, kuten kuvassa 1(c) esitetään. Pienin kaukokentän etäisyys määritettiin käyräsovituksella, ja sitten aallon impedanssia verrattiin 377 Ω:n impedanssiin tällä etäisyydellä. TEM-torven ja puoliaaltodipolin aaltoimpedanssi etäisyydellä, jota voidaan pitää kaukokentällä, joka saadaan käyräsovituksella, on lähellä 377 Ω, kuten on esitetty kuviossa 1(d) ja kuvioissa 1-1. 2(b)–(d).

Esimerkiksi TEM-torven kaukokentän vähimmäisetäisyydet ovat 350 mm 930 MHz:llä, 200 mm 2,45 GHz:llä ja 50 mm 5,8 GHz:llä, ja aaltoimpedanssit näillä etäisyyksillä ovat 368 Ω, 386 Ω ja 368 Ω. , vastaavasti. Kentät paikassa, johon EUT sijoitetaan läheisyystestissä, käyttäytyvät samalla tavalla kuin lähi- tai kaukokenttäalue testitaajuudesta ja sijainnista riippuen arvioitaessa kentän ominaisuuksia antennin lähellä kahdessa kaukokenttäolosuhteissa. etenemisominaisuudet ja aaltoimpedanssi. Antennin akselilla arvioidut kaukokentän etäisyydet ovat kuitenkin erilaisia ​​kuin tunnetussa kaukokenttäolosuhteissa, jotka perustuvat tasoaaltoon, 2D 2 /λ (jossa D on aukon koko ja λ on aallonpituus) aukkoantenneille, koska antennia ympäröivät kentät ovat pallomaisia ​​antennin lähellä.

Kuvassa 3 on TEM-torven ja litteän laajakaistadipolin kentän tasaisuuden mitatut tulokset. TEM-torvessa on pieni vähennys annetulle kentänvoimakkuudelle jopa antennin lähellä, esimerkiksi kentänvoimakkuus 400 mm etäisyydellä 2,45 GHz:llä on yli 10 dB korkeampi kuin litteän laajakaistadipolin. Vaikka litteässä laajakaistadipolissa on kaksi sädettä hajallaan 5,8 GHz:llä, mikä johtaa pienempiin vahvuuksiin antennin akselilla, kuten kuvassa 2(d) esitetään, TEM-torvi synnytti suuria homogeenisia kenttäalueita laajakaistalla muihin antenneihin verrattuna. . Edes antennin lähellä TEM-torven kentänvoimakkuus ei muuttunut yhtä nopeasti kuin dipolimaisten antennien.

4. Johtopäätös

Lähikentän häiriönsietotesteissä käytetään TEM-torvia ja erilaisia ​​dipolimaisia ​​antenneja; antennin ominaisuudet vaikuttavat kuitenkin testituloksiin. Antennin lähellä olevia kenttäominaisuuksia verrattiin valmistamamme TEM-torven ja muiden tyypillisten testiantennien välillä, nimittäin tasaisen laajakaistadipolin, puoliaaltodipolin ja DRG-torven välillä. Tulokset osoittivat, että etenemisominaisuudet vaihtelevat suuresti antennien välillä.

Erityisesti TEM-torvi synnytti homogeenisen kentän ja säilytti kentänvoimakkuuden pienellä vähennyksellä, kun taas dipolimaiset antennit osoittivat nopeita muutoksia kentänvoimakkuudessa. Lisäksi suoritettiin kaukokentän approksimaatio ottaen huomioon vaihekeskuksen etenemisominaisuuksia ja aaltoimpedanssia käyttäen ja selvitettiin lähi- tai kaukokentän ominaisuuksien käyttäytymistä antennin läheisyydessä © IEICE 2021.

Viitteet

[1] IEC 61000-4-39, "Sähkömagneettinen yhteensopivuus (EMC) - Osa 4-39: Testaus- ja mittaustekniikat - Säteilykentät lähistöllä - Immuniteettitesti", 2017.

[2] ISO 11452-9, "Maantieajoneuvot - Komponenttien testausmenetelmät kapeakaistaisen säteilytetyn sähkömagneettisen energian sähköhäiriöille - Osa 9: Kannettavat lähettimet", 2012.

[3] K. Harima, T. Kubo ja T. Ishida, "Evaluation of a TEM horn antenna for radiated immunity tests nearby", IEICE Commun. Express, voi. 9, ei. 2, s. 60–65, helmikuu 2020. DOI: 10.1587/comex.2019XBL0137.

[4] M. Manteghi ja Y. Rahmat-Samii, "Uusi UWB-syöttömekanismi TEM-torviantennille, heijastin IRA:lle ja Vivaldi-antennille", IEEE Antennas Propag. Mag., voi. 46, nro. 5, s. 81–87, lokakuu 2004. DOI: 10.1109/MAP.2004. 1388832.

[5] K. Harima, "Kaukokentän vahvistuksen määrityksen numeerinen simulointi pienemmillä etäisyyksillä käyttäen vaihekeskusta", IEICE Trans. Commun., voi. E97-B, ei. 10, s. 2001–2010, lokakuu 2014. DOI: 10.1587/Transcom.E97.B.2001.

[6] AR Panicali ja MM Nakamura, "On the amplitud center of radiating apertures", IEEE Trans. Antenni Propag., voi. AP-33, no. 3, s. 330–335, maaliskuu 1985. DOI: 10.1109/TAP.1985.1143572.

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

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

For more information:1950477648nn@gmail.com