一、GTEM概述

        Transverse Electro Magnetic (TEM) Mode 指的是電場和磁場在傳輸方向上的分量遠小于在橫向截面上的主分量的波導模式，稱作：橫電磁波模式。Gigahertz Transverse Electro Magnetic(GTEM)則是一種頻率可達20GHz的單端口的封閉式波導。

      業(yè)內(nèi)作為輻射發(fā)射和輻射抗擾度測試的測試環(huán)境，除了常用的電波暗室，國際電工委員會IEC還規(guī)定了基于TEM的測試方法，也就是IEC 61000-4-20: Electromagnetic compatibility (EMC) -Part 4-20:Testing and measurement techniques - Emission and immunity testing intransverse electromagnetic (TEM) waveguides，對應(yīng)的國內(nèi)標準是GB/T 17626.20 橫電磁波(TEM) 波導中的發(fā)射和抗擾度試驗。

二、GTEM的原理

         GTEM可看成是：為容下被測對象，將50Ω同軸電纜進行空間上的擴展。同軸電纜的芯線被擴展為GTEM小室的內(nèi)導體芯板，同軸電纜的外皮被做成GTEM小室的外殼。GTEM小室內(nèi)部的特性阻抗仍然被設(shè)計成50Ω，為了減小輸入的電磁波在內(nèi)部腔體的末端產(chǎn)生反射，把芯板的末端接到了寬帶的匹配負載板上，在腔體的末端還安放了吸波材料以便將發(fā)射到末端的電磁波吸收。

GTEM小室是根據(jù)同軸及非對稱矩形傳輸線原理設(shè)計而成的設(shè)備。為避免內(nèi)部電磁波的反射和諧振，GTEM小室在外形上被設(shè)計成尖錐形，其輸入端采用 N型同軸接頭，隨后中心導體展平成為一塊扇形板，稱為芯板。在小室的芯板和底板之間形成矩形均勻場區(qū)。為了使球面波(嚴格地說，由 N型接頭向 GTEM小室傳播的是球面波，但由于所設(shè)計的張角很小，因而該球面波近似于平面波)從輸入端到負載端有良好的傳輸特性，芯板的終端因采用了分布式電阻匹配網(wǎng)絡(luò)，從而成為無反射終端。GTEM小室的端面還貼有吸波材料，用它對優(yōu)異頻率的電磁波作進一步吸收。因此在小室的芯板和底板之間產(chǎn)生了一個均勻場強的測試區(qū)域。試驗時，試品被置于測試區(qū)中，為了做到不因試品置入而過于影響場的均勻性，試品以不超過芯板和底板之間距離的1/3高度為宜。

GTEM小室中的電場強度與從 N型接頭輸入信號電壓 V成正比，與芯板距底板垂直距離 h成反比：E = V/h 在 50?匹配的系統(tǒng)里，芯板對底板的電壓與 N型接頭的信號輸入功率之間的關(guān)系滿足 V =(RP)1/2 =(50P)1/2故場強 E =(50P)1/2 / h 如考慮實測值與理論值之間的差異，上式還應(yīng)乘一個系數(shù) k，因此實際的電場強度是

E = k(50P)1/2 / h

        從上式可見，若在 GTEM小室注入同樣的功率，芯板的位置距底板的距離越近(h值越小)，則可獲得較大的場強;若產(chǎn)生同相的場強，較大空間處( h值越大)需要的輸入功亦較大。

      上述結(jié)論表明，對于較小的試品，我們可以把試品放在 GTEM小室中比較靠前的位置，這樣用比較小的信號輸入功率，就可以得到足夠高的電場強度。注意，試品的高度不能超過選定位置芯板與底板間距的 1/3。

GTEM基本結(jié)構(gòu)示意圖

GTEM設(shè)備范例照片

三、 GTEM小室在電磁兼容測試中的應(yīng)用

         作為替代戶外開闊場而建立的電波暗室，因其性能完善而獲得了廣泛的應(yīng)用，但由于造價和必須配備的設(shè)備昂貴，阻礙了它向中小企業(yè)的發(fā)展。這里介紹的 GETM小室又稱吉赫芝(GHz)橫電磁波室則是近十幾年才發(fā)展起來的新型電磁兼容測試設(shè)備，它的工作頻率范圍可以從直流至數(shù) GHz以上，內(nèi)部可用場區(qū)較大，尤其可貴的是小室本身與其配套設(shè)備的總價不算過于昂貴，能為大多數(shù)企業(yè)所接受。因此 GTEM小室國內(nèi)取得了長足發(fā)展，成為企業(yè)對于外型尺寸不算太大的設(shè)備開展射頻輻射電磁場抗擾度試驗的優(yōu)選方案。

3.1 射頻輻射電磁場抗擾度試驗

采用 GTEM小室做射頻輻射電磁場抗擾度試驗的優(yōu)點：

         GTEM產(chǎn)生的電場強度要遠大于天線產(chǎn)生的場強，所以用比較小的射頻功率放大器可以產(chǎn)生很強的電場，使得整個測試系統(tǒng)的價格大大降低。這對尺寸不太大的設(shè)備來說，是一個非常好的射頻輻射電磁場抗擾度試驗方案。

GTEM小室做射頻輻射電磁場抗擾度試驗不需要用天線，所以可方便地用于自動測試，大大減少了測試時間，也降低了對試驗人員的技術(shù)要求。

        當信號源經(jīng)過放大后注入到 GTEM小室的一端(通過 N型同軸接頭)，就能在芯板和底板之間形成很強的均勻電磁場，放置在被測件附近的電場監(jiān)視探頭監(jiān)測此場強，再經(jīng)由計算機得到輸入功率值，直接調(diào)節(jié)信號源以求達到所需求的場強值。測控軟件控制信號源以一定的步長進行輻射場的頻率掃描。另有視頻監(jiān)視器(攝像頭安裝在 GTEM小室里面，圖 4中未畫出，試驗人員在 GTEM小室外通過監(jiān)視器)觀測試品在射頻電磁場干擾下的工作情況。

操作方法：

①將試品及場探頭置于 GTEM小室內(nèi);

②外接信號源，通過功率放大器，在 GTEM小室內(nèi)建立均勻電場;

③確定測試頻率范圍及調(diào)制方法和調(diào)制深度;

④調(diào)整信號源輸出電平(注意，切勿超過功率放大器允許的*大輸入電平);

⑤通過場強監(jiān)視計監(jiān)測 GTEM小室的場強，使之達到所需的強度;

⑥重復③～⑤步驟，觀測確定被試品的電磁輻射敏感度。

GTEM輻射抗干擾測試系統(tǒng)

3.2 輻射發(fā)射測試系統(tǒng)

        試品的電磁騷擾輻射發(fā)射值測試在理論上也能在 GTEM小室內(nèi)進行，這時小室內(nèi)芯板和底板就代替暗室測試中的天線接收試品工作過程中產(chǎn)生的輻射騷擾。GTEM小室的 N型接頭接干擾接收機，通過干擾接收機便能測試試品工作過程中電磁騷擾的輻射發(fā)射情況。再通過計算機和處理軟件，以定出試品輻射發(fā)射的測試結(jié)果。注意，這里存在一個在 GTEM小室中的測試結(jié)果和開闊場或電波暗室測試結(jié)果的比對問題，從中找出規(guī)律(建立數(shù)學模型)，進行必要的修正，而這也正是 GTEM小室測試軟件所要解決的問題。另外，試品在GTEM小室中擺放的位置不同，造成芯板與底板之間相對距離的不同，也將是導致測試結(jié)果不同的關(guān)鍵因素，試驗人員務(wù)必給以充分注意。

在 GTEM小室內(nèi)做試品電磁騷擾輻射發(fā)射試驗的操作方法如下：

①將被試品置于 GTEM小室內(nèi);

②外接干擾接收機，接收試品的輻射騷擾電平輸出;

③根據(jù)測試標準要求設(shè)置掃描頻率的范圍和檢波方式及分辨率帶寬;

④干擾接收機測試被試品的輻射騷擾電平值;

⑤通過計算機及軟件進行數(shù)據(jù)處理，得到*終測試結(jié)果。

          注意，用 GTEM小室無論是做射頻輻射電磁場抗擾度試驗，還是做試品本身工作中所產(chǎn)生的輻射電磁騷擾的發(fā)射試驗，都有一個極化問題(在開闊場和電波暗室中做測試，是通過改變擺放天線的方向來實現(xiàn)的)。在 GTEM小室里的芯板和底板扮演了天線的角色，它們的位置是不能變化的，因此要想改變電場的極化方向，只能通過人為地改變試品相對芯板和底板的擺放方向來實現(xiàn)了。

GTEM輻射發(fā)射測試系統(tǒng)