第1章绪论

随着现代工业的不断进步及科学技术的迅速发展，电气设备及通讯设施越来越多，各频段的电磁波已经充斥整个生活空间，并且其辐射强度越来越大。电磁辐射对人体健康是否造成有害影响，其危害程度有多大，一直是人们关注的焦点问题。越来越多的人们研究电磁辐射对人体和生物体的危害作用，很多研究表明，电磁场对生物体具有明确的生物效应[8，9]。一般来说电磁福射实验系统结构框图如图1.1所示[19]: 近些年，国内外关于电磁福射对细胞作用机理的研究越来越多，但目前研究主要还是集中于极低的频率（比如工频）以及移动通信频率[10-14]，对于较高频率的电磁场[15]也略有研究，但是对于频率范围较宽的电磁福射场对细胞进行试验的研究很少见到。其中文献[10]给出了手机和人脑模型电磁场的FDTD数值分析；文献[11]给出了工频电磁场针对生物体进行的福射试验；文献[12]给出了 GSM频段的电磁场针对细胞的福射试验；文献[13]给出了 TDMA频段即1436MHz频段的细胞福射试验；文献[14]给出了 1.8GHz频段的电磁场对细胞的福射试验；文献[15]给出了 40GHz以上频率的电磁场对细胞的福射试验。研究宽频电磁场对生物体的生物效应，可以使用同一个测试装置对各种频率的电磁场对生物体电磁辐射的影响情况进行测试，宽带的电磁福射装置更加具有实用性，使用更为广泛。研究宽带电磁福射装置的设计具有一定的理论意义和现实价值。

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第2章同轴不连续性理论概述

2.1同轴不连续性的产生机理

以上列出的阶梯电容计算公式为低频时的计算公式，将它用于微波频段时会有一定的误差。虽然一般来说此误差一般不超过10%，但是在精密设计时仍希望校正它。为此探索出一个频率校正因子尤，用它乘以低频（似稳态）时的阶梯电容作为此工作频率下的阶梯电容。实践中发现尤在不同内、外阶梯状况下略不相同，并且它还是频率的复杂函数，故不可能找出一个简单的一个数值来代表频率校正因子X，而只能用一簇曲线来表示。具体的校正方法和校正图如文献[36]所示，在这里将不再赘述。

2.2对同轴不连续性引起的反射的补偿方法

由于阶梯电容的影响，在微波波段，截面不同的同轴线直接连接所引起的反射很大。而实践经验表明，改变不连续部分附近的部分结构，可以在相当宽的频率范围内大大的减小其反射，使得阶梯处的阻抗变得匹配些。为了抵消阶梯电容的影响，可构成一个电感量，在一个小区域内形成一个等效二端口网络，并使该等效二端口网络的特性阻抗与均勾传输线的特性阻抗相匹配，这样的话就可以减小其反射。对于内导体来说，错位过渡和锥形过渡这两种方法都能够产生电感量，从而对同轴线不连续性进行补偿。下面详细介绍下这两种补偿方法。一般来说，只要错开距离远小于波长（例如A小于0.1 >1时)，用图2.2所示的单集总参数i、C的二端口;r型低通网络来表示，就有很好的近似。这种近似一般在低频条件下适用，但是频率增高后，错开尺寸若不再远小于波长，单集总常数网络就不能再表征客观实际，将引起复杂的频率响应。我们可以通过文献[36，37]给出的查表求得错开距离的方法近似得到错开的距离，也可以通过仿真优化得到合理的错开距离。

第3章宽频电磁辐射腔的设计..... 15

3.1宽频电磁辐射腔的概述...... 15

3.2宽频电磁辖射腔的初始设计..... 15

第4章电磁场探头的概述..... 29

4.1电磁场探头的应用 .....29

4.2电磁场探头的组成与校准 ..........30

第5章电磁场探头天线的设计与优化......... 39

5.1电场探头天线的设计概述与设计指标...... 39

5.2电场探头天线的设计与优化 ........39

第6章电磁福射腔及电磁场探头天线的加工与测试

6.1电磁福射腔的加工与测试

利用中电41所的AV36580A型号的矢量网络分析仪对此电磁福射腔的回波损耗进行测试，测试场景图如图6.2所示，腔体的回波损耗测试曲线如图6.3所示；将第3章仿真得到的电磁福射腔体的仿真结果与本章的测试结果进行比较，得到电磁福射腔体仿真和测试结果对比图如图6.4所示。根据图6.4，可以看出电磁福射腔体的回波损耗仿真和测试时0-3GHZ内均小于-lOdB，测试结果比仿真结果稍差，但也能满足要求。测试结果比仿真结果稍差是由于加工精度存在着一定的误差和软件的仿真存在着一定的误差等原因所致。

6. 2电磁场探头天线的加工与测试

利用Agilent公司的N5230A型号的矢量网络分析仪对三维的电场探头的端口的回波损耗和隔离度进行测试。此三维电场探头的单个天线结构相同，两两之间的排放位置也是轴对称的，所以只需要测试单个天线的回波损耗和任意两个端口的隔离度即可。测试场景图如图6.7所示，测试得到单个电场探头测试的端口的回波损耗测试曲线如图6.8所示，三维电场探头的回波损耗和端口间的隔离度测试曲线如图6.9所示。根据图6.8和图6.9，我们可以看出测试时三维电场探头天线的回波损耗和单个天线的回波损耗差别并不大，三维电场探头天线之间的隔离度均在-30dB以下，具有良好的隔离性能。根据图6.9和图6.10，可以看出三维电场探头的3dB可用带宽为11.54GHz，三维电场探头天线的单个天线的3dB可用带宽实测结果比仿真结果稍差，但也能满足要求，仿真和测试的天线间隔离度均较小，三个单元天线间的影响基本可以忽略。

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第7章总结与展望

7.1本文的工作总结

测试结果表明，加工的宽频电磁福射腔和电磁场探头天线性能良好，满足项目要求，具有较高的实用价值。具体研究成果如下：(1)采用同轴不连续性理论，如错位过渡、锥形过渡和介质支撑子等理论对宽频电磁辖射腔的结构进行了设计，对其各个尺寸进行了初值计算与优化仿真，最后可以实现此电磁辐射腔的回波损耗在0到3GHz内均小于-lOdB的参数要求，满足设计要求。(2)采用加入短路针和加入阻带滤波器以及釆用渐变传输线等方式来抑制电磁场探头天线的寄生模式，展宽电磁场探头天线的可用频率，最终电场探头天线和磁场探头天线均可以达到8.5GHz以上的可用频率；同时将三个电场探头天线和三个磁场探头天线按照一定的方式进行组合，来保证电场探头天线和磁场探头天线的各向同性特性；并将电磁场探头天线和电磁辐射腔进行联合仿真与联合测试。

7. 2本文存在的不足及未来的工作展望

(1)对于电磁辐射腔体，可以将细胞培养皿设计成类似介质支撑子的结构，并放置在介质支撑子的旁边，这样的话可以降低电磁辐射腔体的内外径，进一步提高此电磁辐射腔体的可用频率。由于时间有限，此研究可以在以后的工作过程中进行。(2)由于实验条件所限，本文仅对电磁场探头天线的各向同性参数只进行了理论分析和简要说明，未进行仿真和测试。(3)由于时间和条件所限，本文仅对电磁场探头天线进行了研究与设计，对于电场探头中所包含的检波二极管、高阻传输线以及后续的定标和显示电路均只简要的进行了简要的论述，并未进行详细的分析设计，需要在以后的工作中进行完善。

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参考文献（略）