CN103983869B - 一种纳秒-微秒级可调空间介质静电放电模拟源 - Google Patents

一种纳秒-微秒级可调空间介质静电放电模拟源 Download PDF

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一种纳秒-微秒级可调空间介质静电放电模拟源，包括前面板、后面板以及置于前面板和后面板内的脉冲源主电路，本模拟源能够模拟空间电磁波耦合、直接传导和电容耦合三种方式对电子器件产生的脉冲放电。

Description

一种纳秒-微秒级可调空间介质静电放电模拟源
技术领域
本发明属于航天器空间介质静电放电模拟技术领域，具体涉及一种纳秒-微秒级可调脉宽空间静电放电模拟源。
背景技术
航天器的介质材料或结构部件之间在空间等离子体辐射环境下，介质放电会产生严重影响电子系统工作的放电脉冲，该有害脉冲可以通过空间电磁波耦合方式、线路间电容耦合方式和直接传导三种方式进入航天器的电子系统，影响电子系统的正常工作。高能量的放电脉冲甚至会直接导致电子器件或有机材料击穿损毁。
卫星电子系统必须满足在存在较大静电放电脉冲的环境下，系统的电磁兼容性能满足航天器可靠性设计要求。为此，需要符合标准，能够模拟静电放电和表面放电脉冲的脉冲源，以满足对电子系统电磁兼容性能进行评估的重大需求。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种纳秒-微秒级可调空间介质静电放电模拟源，本模拟源能够模拟空间电磁波耦合、直接传导和电容耦合三种方式对电子器件产生的脉冲放电。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种纳秒-微秒级可调空间介质静电放电模拟源，包括前面板1、后面板2以及置于前面板1和后面板2内的脉冲源主电路3，所述后面板2的电源插孔32接220V交流电源，通过电源插孔32的内部第一接线柱34引出导线与保险丝输入接口31相连，并从保险丝输出接口36引出，电源插孔内部第二接线柱33和保险丝输出接口36分别通过导线与前面板1的电源开关第一输入接线柱20和电源开关第二输入接线柱21相连；脉冲源主电路3上第一变压器T1输入端第一接口8、第二变压器T2输入端第一接口10、脉冲计数器30的第一电压输入端和高压发生器的电压输入端1/均与电源开关第一输出接线柱19以导线相连；第一变压器T1输入端第二接口9、第二变压器T2输入端第二接口11、脉冲计数器30的第二电压输入端和高压发生器的电压输入端口2/与电源开关第二输出接线柱22以导线相连；脉冲源主电路3上高压发生器的输出端与充电电阻R1以导线相连，充电电阻R1的另一端分别与充放电电容C一端和放电电阻R2以导线相连，充放电电容C的另一端接地，这样高压发生器、充电电阻和充放电电容组成一个充电回路；放电电阻R2为可变电阻，两端固定在后面板2的脉冲调节窗38内，放电电阻R2一端接充放电电容C和和充电电阻R1，另一端通过导线接放电间隙12一边铜球，放电间隙12的另一边铜球通过导线与高压真空继电器K的一端相连，高压真空继电器K与控制电路板15的第一端口7相连，以此达到控制高压真空继电器K的断开和闭合，高压真空继电器K的另一端分别接保护电阻R3和通过后面板2上高压脉冲输出37引出的高压脉冲输出线13的一端，保护电阻R3的另一端接地，高压脉冲输出线13的另一端接耦合器18上环形天线14的一端，环形天线14的另一端接电阻R4，电阻R4的另一端接地；
控制电路板15的第二端口3通过导线与前面板1的连续开关28相连，以此来达到以一定频率连续控制高压真空继电器K的断开和闭合；控制电路板15的第三端口5通过导线与前面板1的单次开关23相连，以此来单次控制高压真空继电器K的断开和闭合；控制电路板第四端口4通过导线与前面板1的模式转换开关29相连，模式转换开关29为单刀双掷开关，用来控制单次开关23和连续开关28的动作；控制电路板15的第五端口6接前面板1脉冲计数器30的计数端；控制电路板15的第六端口16和第七端口17分别通过导线接第一变压器T1和第二变压器T2的输出端。
所述脉冲计数器30的型号为ACRL1。
所述脉冲源主电路3的充电电阻R1、放电电阻R2、充放电电容C、放电间隙12、高压真空继电器K和保护电阻R3的连接点均涂覆高绝缘的环氧树脂。
所述前面板1上电源开关为单刀单掷开关。
所述前面板1上还包括高压关按钮25和高压开按钮26，高压关按钮25和高压开按钮26分别用来控制高压发生器的关断和开启。
所述前面板1上还包括电流调整旋钮24和电压调整旋钮27，电流调整旋钮24和电压调整旋钮27分别用来调节高压发生器的电流大小和电压大小。
所述脉冲调节窗38配有盖板，盖板通过四角的四个螺孔由四对螺丝螺母固定于脉冲调节窗38上。
所述高压脉冲输出线13的一端通过螺纹固定于后面板2上高压脉冲输出端口37。
本发明和现有技术相比，具有如下优点：
1、本发明纳秒-微秒级可调空间介质静电放电模拟源与普通的空间电荷放电模拟源相比，在技术上做了很大的改进，可以通过后面板2上的脉冲调节窗38更换不同阻值的放电电阻R2，来达到调节脉冲宽度的目的。
2、本发明纳秒-微秒级可调空间介质静电放电模拟源脉冲源主电路3的充电电阻R1、放电电阻R2、充放电电容C、放电间隙12、高压真空继电器K和保护电阻R3的连接点均涂覆高绝缘的环氧树脂，不仅保证了放电间隙12放电的稳定性，还防止了电晕和表面爬电对放电脉冲的影响。
3、本发明纳秒-微秒级可调空间介质静电放电模拟源的放电脉冲宽度和脉冲电压符合NASA/TP-2361标准。
4、本发明的放电脉冲有单次和连续两种选择，能更全面的对空间放电现象进行模拟。
5、脉冲耦合器18能很好的完成空间耦合、直接传导和线路间电容耦合等三种方式的模拟实验，为模拟航天器的空间静电放电提供了方便。
附图说明
图1是本发明纳秒-微秒级可调空间介质静电模拟源的前面板结构图。
图2是本发明纳秒-微秒级可调空间介质静电模拟源的后面板结构图。
图3是办发明纳秒-微秒级可调空间介质静电模拟源的内部电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作更详细说明。
如图1、图2和图3所示，本发明一种纳秒-微秒级可调空间介质静电放电模拟源，其特征在于：包括前面板1、后面板2以及置于前面板1和后面板2内的脉冲源主电路3，所述后面板2的电源插孔32接220V交流电源，通过电源插孔32的内部第一接线柱34引出导线与保险丝输入接口31相连，并从保险丝输出接口36引出，电源插孔内部第二接线柱33和保险丝输出接口36分别通过导线与前面板1的电源开关第一输入接线柱20和电源开关第二输入接线柱21相连；脉冲源主电路3上第一变压器T1输入端第一接口8、第二变压器T2输入端第一接口10、脉冲计数器30的第一电压输入端和高压发生器的电压输入端1/均与电源开关第一输出接线柱19以导线相连；第一变压器T1输入端第二接口9、第二变压器T2输入端第二接口11、脉冲计数器30的第二电压输入端和高压发生器的电压输入端口2/与电源开关第二输出接线柱22以导线相连；脉冲源主电路3上高压发生器的输出端与充电电阻R1以导线相连，充电电阻R1的另一端分别与充放电电容C一端和放电电阻R2以导线相连，充放电电容C的另一端接地，这样高压发生器、充电电阻和充放电电容组成一个充电回路；放电电阻R2为可变电阻，两端通过螺丝和铜球螺帽都固定在后面板2的脉冲调节窗38内，放电电阻R2一端接充放电电容C和和充电电阻R1，另一端通过导线接放电间隙12一边铜球，放电间隙12的另一边铜球通过导线与高压真空继电器K的一端相连，高压真空继电器K与控制电路板15的第一端口7相连，以此达到控制高压真空继电器K的断开和闭合，高压真空继电器K的另一端分别接保护电阻R3和通过后面板2上高压脉冲输出37引出的高压脉冲输出线13的一端，保护电阻R3的另一端接地，高压脉冲输出线13的另一端接耦合器18上环形天线14的一端，环形天线14的另一端接电阻R4，电阻R4的另一端接地；
控制电路板15的第二端口3通过导线与前面板1的连续开关28相连，以此来达到以一定频率连续控制高压真空继电器K的断开和闭合；控制电路板15的第三端口5通过导线与前面板1的单次开关23相连，以此来单次控制高压真空继电器K的断开和闭合；控制电路板第四端口4通过导线与前面板1的模式转换开关29相连，模式转换开关29为单刀双掷开关，用来控制单次开关23和连续开关28的动作；控制电路板15的第五端口6接前面板1脉冲计数器30的计数端；控制电路板15的第六端口16和第七端口17分别通过导线接第一变压器T1和第二变压器T2的输出端。
所述脉冲计数器30的型号为ACRL1。
所述脉冲源主电路3的充电电阻R1、放电电阻R2、充放电电容C、放电间隙12、高压真空继电器K和保护电阻R3的连接点均涂覆高绝缘的环氧树脂。
所述前面板1上电源开关为单刀单掷开关。
所述前面板1上还包括高压关按钮25和高压开按钮26，高压关按钮25和高压开按钮26分别用来控制高压发生器的关断和开启。
所述前面板1上还包括电流调整旋钮24和电压调整旋钮27，电流调整旋钮24和电压调整旋钮27分别用来调节高压发生器的电流大小和电压大小。
所述脉冲调节窗38配有盖板，盖板通过四角的四个螺孔由四对螺丝螺母固定于脉冲调节窗38上。
所述脉冲调节窗38的主要功能为更换不同阻值的放电电阻R2，以此来调节放电时间常数，进而改变放电脉宽，放电脉宽包括250ns，350ns，450ns，750ns和1.25μs.
所述高压脉冲输出线13的一端通过螺纹固定于后面板2上高压脉冲输出端口37。
本发明纳秒-微秒级可调空间介质静电放电模拟源的工作原理为：在进行一般空间静电放电模拟实验时，后面板2的电源插孔接220V、50Hz交流电源，耦合器18通过并联无感电阻分压器与示波器相连，形成直接传导的测量方式，或者通过环形天线14与示波器探头耦合，形成空间耦合的测量方式，或者将环形天线与示波器探头上天线平行缠绕，形成电容耦合的测量方式。测量开始时，将前面板1电源开关闭合，然后闭合前面板1上高压开按钮26，旋转电流调整旋钮24至5μA左右,然后旋转电压调整旋钮27至所设放电电压；之后根据要求将模式转换开关29切换至单次或者连续，根据模式转换开关的选择对单次开关23或连续开关28进行操作。这样示波器上就可以显示所模拟的空间静电放电的脉冲波形。
本发明应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上做相应的变动，均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种纳秒-微秒级可调空间介质静电放电模拟源，其特征在于：包括前面板(1)、后面板(2)以及置于前面板(1)和后面板(2)内的脉冲源主电路(3)，所述后面板(2)的电源插孔(32)接220V交流电源，通过电源插孔(32)的内部第一接线柱(34)引出导线与保险丝输入接口(31)相连，并从保险丝输出接口(36)引出，电源插孔内部第二接线柱(33)和保险丝输出接口(36)分别通过导线与前面板(1)的电源开关第一输入接线柱(20)和电源开关第二输入接线柱(21)相连；脉冲源主电路(3)上第一变压器(T1)输入端第一接口(8)、第二变压器(T2)输入端第一接口(10)、脉冲计数器(30)的第一电压输入端和高压发生器的电压输入端(1/)均与电源开关第一输出接线柱(19)以导线相连；第一变压器(T1)输入端第二接口(9)、第二变压器(T2)输入端第二接口(11)、脉冲计数器(30)的第二电压输入端和高压发生器的电压输入端口(2/)与电源开关第二输出接线柱(22)以导线相连；脉冲源主电路(3)上高压发生器的高压输出端与充电电阻(R1)以导线相连，充电电阻(R1)的另一端分别与充放电电容(C)一端和放电电阻(R2)以导线相连，充放电电容(C)的另一端接地，这样高压发生器、充电电阻和充放电电容组成一个充电回路；放电电阻(R2)为可变电阻，两端固定在后面板(2)的脉冲调节窗(38)内，放电电阻(R2)一端接充放电电容(C)和充电电阻(R1)，另一端通过导线接放电间隙(12)一边铜球，放电间隙(12)的另一边铜球通过导线与高压真空继电器(K)的一端相连，高压真空继电器(K)与控制电路板(15)的第一端口(7)相连，以此达到控制高压真空继电器(K)的断开和闭合，高压真空继电器(K)的另一端分别接保护电阻(R3)和通过后面板(2)上高压脉冲输出(37)引出的高压脉冲输出线(13)的一端，保护电阻(R3)的另一端接地，高压脉冲输出线(13)的另一端接耦合器(18)上环形天线(14)的一端，环形天线(14)的另一端接电阻(R4)，电阻(R4)的另一端接地；
控制电路板(15)的第二端口(3)通过导线与前面板(1)的连续开关(28)相连，以此来达到以一定频率连续控制高压真空继电器(K)的断开和闭合；控制电路板(15)的第三端口(5)通过导线与前面板(1)的单次开关(23)相连，以此来单次控制高压真空继电器(K)的断开和闭合；控制电路板第四端口(4)通过导线与前面板(1)的模式转换开关(29)相连，模式转换开关(29)为单刀双掷开关，用来控制单次开关(23)和连续开关(28)的动作；控制电路板(15)的第五端口(6)接前面板(1)脉冲计数器(30)的计数端；控制电路板(15)的第六端口(16)和第七端口(17)分别通过导线接第一变压器(T1)和第二变压器(T2)的输出端。
2.根据权利要求1所述的一种纳秒-微秒级可调空间介质静电放电模拟源，其特征在于：所述脉冲计数器(30)的型号为ACRL1。
3.根据权利要求1所述的一种纳秒-微秒级可调空间介质静电放电模拟源，其特征在于：所述脉冲源主电路(3)的充电电阻(R1)、放电电阻(R2)、充放电电容(C)、放电间隙(12)、高压真空继电器(K)和保护电阻(R3)的连接点均涂覆高绝缘的环氧树脂。
4.根据权利要求1所述的一种纳秒-微秒级可调空间介质静电放电模拟源，其特征在于：所述前面板(1)上电源开关为单刀单掷开关。
5.根据权利要求1所述的一种纳秒-微秒级可调空间介质静电放电模拟源，其特征在于：所述前面板(1)上还包括高压关按钮(25)和高压开按钮(26)，高压关按钮(25)和高压开按钮(26)分别用来控制高压发生器的关断和开启。
6.根据权利要求1所述的一种纳秒-微秒级可调空间介质静电放电模拟源，其特征在于：所述前面板(1)上还包括电流调整旋钮(24)和电压调整旋钮(27)，电流调整旋钮(24)和电压调整旋钮(27)分别用来调节高压发生器的电流大小和电压大小。
7.根据权利要求1所述的一种纳秒-微秒级可调空间介质静电放电模拟源，其特征在于：所述脉冲调节窗(38)配有盖板，盖板通过四角的四个螺孔由四对螺丝螺母固定于脉冲调节窗(38)上。
8.根据权利要求1所述的一种纳秒-微秒级可调空间介质静电放电模拟源，其特征在于：所述高压脉冲输出线(13)的一端通过螺纹固定于后面板(2)上高压脉冲输出端口(37)。
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