CN105093147B - 一种电磁脉冲电场探头时域校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电磁脉冲电场探头时域校准方法，该方法可在时域对电磁脉冲电场测量探头进行校准。它包括电波暗室，脉冲信号源，发射天线，标准接收天线，数字示波器。其方法是：在电波暗室内按照固定的位置摆放发射天线及标准接收天线，脉冲信号源及数字示波器放置在电波暗室控制室内，脉冲信号源通过穿墙电缆向发射天线馈入脉冲电压信号，发射天线向外辐射电磁脉冲，标准接收天线接收发射天线辐射的脉冲电场，数字示波器通过穿墙电缆与接收天线及待校准电场探头相连，记录标准接收天线及待校准电场探头测得的电压信号波形，通过一定的算法对测得电压信号进行处理后得到待校准电场探头的时域传递函数，实现电磁脉冲电场探头的时域校准。

Description

一种电磁脉冲电场探头时域校准方法

技术领域

本发明涉及一种电磁脉冲电场探头时域校准方法，属于瞬态电磁脉冲电场测量领域，为瞬态电磁脉冲电场测量设备提供校准方法。

背景技术

电磁脉冲测量是电磁脉冲试验的一个重要环节，电磁脉冲测量需要获得待测电场或磁场的时域波形，因此需要对测量电磁脉冲电场或磁场的探头(设备)在时域直接进行校准。

常用的电场探头校准方法主要在频域进行校准，该方法在校准过程中信号源输出特定幅值、特定频率的连续波信号，通过对比产生的场强值和待测电场探头的读数达到校准的目的。一次测量仅能在单个频点对电场探头进行校准，需经过多次测量才能实现对待测电场探头的校准，该方法校准实验过程复杂，消耗时间长。

2009年专利CN 101561481公开了一种高频电场探头校准方法，该校准方法采用标准天线法实现了对电场探头的频域校准，由于该方法在频域校准，校准实验过程复杂，而且该方法仅能对小尺寸电场探头进行校准。

2006年出版的《安全与电磁兼容》第6期(86～88页)杂志中《光纤传输脉冲电场传感器的时域校准》一文公开了一种电磁脉冲电场传感器时域校准装置及方法，该装置采用标准场法，由TEM小室产生标准电场实现了电场传感器的时域校准，受TEM小室内部工作空间的限制，该校准方法仅能对小体积电场探头进行时域校准。

针对上述存在的问题，本发明提供了一种电磁脉冲电场探头时域校准方法，该校准方法采用标准天线法，可直接在时域完成电磁脉冲电场探头的校准工作。

发明内容

本发明的目的是提供一种电磁脉冲电场探头时域校准方法，该校准方法的优点是：采用标准天线法，整个校准实验在电波暗室中进行，电波暗室为校准实验提供一个相对“干净”的电磁环境，脉冲信号源及数字示波器放置在电波暗室控制室中，与工作天线进行有效的隔离，减小了校准过程中用电设备带来的干扰。本发明提供的电磁脉冲电场探头时域校准方法可快速地完成较大尺寸电磁脉冲电场探头的时域校准。

本发明所述的电磁脉冲电场探头时域校准方法，包括控制室、电波暗室、发射天线、标准接收天线、敷设吸波材料区域、屏蔽射频电缆、屏蔽射频信号线、转接板、脉冲信号源、数字示波器；控制室与电波暗室通过转接板进行设备间的连接及信号传输，校准试验在电波暗室中进行，电波暗室四周墙壁及顶部均贴有吸波材料，发射天线与标准接收天线之间的敷设吸波材料区域放置吸波材料，发射天线及标准接收天线极化方向相同；脉冲信号源及数字示波器放置在控制室内，脉冲信号源通过屏蔽射频电缆向发射天线馈入脉冲电压信号，发射天线向外辐射电磁脉冲，标准接收天线接收发射天线辐射的脉冲电场，数字示波器通过屏蔽射频信号线与标准接收天线或待校准电场探头相连，记录标准接收天线或待校准电场探头测得的电压信号波形，通过一定的算法对测得电压信号进行处理后得到待校准电场探头的时域传递函数，实现对电磁脉冲电场探头的时域校准。

电波暗室四周墙壁及顶部均贴有吸波材料，同时在发射天线与标准接收天线之间的地面上也放置了吸波材料，有效减小了电磁信号的反射，从而为电磁脉冲电场探头校准测试创造了一个相对“干净”的电磁环境。

所述校准过程中脉冲信号源采用高压脉冲源，其输出高压脉冲信号前沿1ns～2ns可调，脉宽10ns～100ns可调，输出脉冲前沿抖动在20ps～50ps范围内。

高压脉冲信号源通过屏蔽射频电缆向发射天线馈入高压脉冲信号，标准接收天线通过屏蔽射频信号线与数字示波器连接，其中射频电缆及信号线均通过暗室墙上的专用转接板实现暗室内及控制室内的设备连接，这样有效减小了用电设备及射频电缆引入的干扰，同时还可以有效防止电波暗室的电磁泄漏。

所述发射天线及标准接收天线均采用宽带天线/双锥天线。

发射天线及标准接收天线均采用宽带天线，且天线放置时两者极化方向相同，标准接收天线经过了上级计量部门检定，天线系数已在校准证书中给出。

所述电波暗室内的吸波材料，其内部场均匀性经过了上级计量部门的校准检定，频率范围为10KHz～300MHz时，屏蔽效能为70dB。

该方法按以下步骤进行：

S1：在电波暗室内按照地面标识位置放置发射天线及标准接收天线，发射天线与标准接收天线间距离为3m，高度均为距离所述电波暗室地面1.2m，连接好测试设备；

S2：关闭电波暗室屏蔽门，脉冲信号源向发射天线输出高压脉冲信号u(t)，数字示波器记录标准接收天线接收到的电压信号波形u₀(t)，其中t为测量时间；

S3：关闭脉冲信号源输出，发射天线位置、极化方向不变，撤掉标准接收天线，在标准接收天线位置放置待校准电场探头，高度为1.2m，极化方向与发射天线相同；

S4：打开脉冲信号源，输出高压脉冲信号波形不变仍为u(t)，数字示波器记录待校准电场探头测得电压信号波形u₁(t)；

S5：u₀(t)、u₁(t)分别经傅里叶变换得U₀(w)、U₁(w)，标准接收天线频域天线因子H₀(w)已知，则待校准电场探头频域天线因子H₁(w)＝U₀(w)×H₀(w)/U₁(w)，其中w＝2πf，w为角频率，f为频率；

S6：H₁(w)经傅里叶反变换后得到待校准电场探头时域传递函数h₁(t)，即电场探头时域天线因子，校准结束。

发射天线及标准接收天线放置位置固定，暗室地面有相应的位置标识符号，发射天线及标准接收天线之间的距离为3m，两者的高度均为距离暗室地面1.2m，这样能有效减小校准过程中因天线位置变化而引入的校准误差。

校准过程中采用的数字示波器带宽为500MHz。

本发明所述的校准方法的优点如下：

该校准方法采用标准天线法，整个校准过程在均匀性性及屏蔽性能良好，且符合相关标准电波暗室中进行，电波暗室为校准实验提供一个相对“干净”的电磁环境。脉冲信号源及数字示波器放置在电波暗室控制室中，与工作天线进行有效的隔离，减小了校准过程中用电设备带来的干扰。本发明提供的电磁脉冲电场探头时域校准方法可快速、准确地完成较大尺寸电磁脉冲电场探头的时域校准。

附图说明

图1试验设施布置示意图

图2校准试验流程图

其中：1、电波暗室控制室，2、电波暗室，3、发射天线，4、标准接收天线，5、暗室地面敷设吸波材料区域，6、屏蔽射频电缆，7、屏蔽射频信号线，8、暗室墙上转接板，9、脉冲信号源，10、数字示波器。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明的发明内容作进一步的描述。

实施例一

如图1所示，本实施例提供的用于电磁脉冲电场探头时域校准方法中包括控制室1、电波暗室2、发射天线3、标准接收天线4、敷设吸波材料区域5、屏蔽射频电缆6、屏蔽射频信号线7、转接板8、脉冲信号源9、数字示波器10。所述发射天线3、标准接收天线4放置在所述电波暗室2中，电波暗室2地面上贴有发射天线及接收天线位置标识，所述脉冲信号源9、数字示波器10放置在所述控制室1中。所述控制室1与所述电波暗室2进行了有效的隔离，两者间通过所述电波暗室2墙上的转接板8进行设备间的连接及信号传输。校准过程中，所述发射天线3与所述标准接收天线4间极化方向相同，两者间距离为3m，高度均为距离所述电波暗室2地面1.2m，发射天线3与标准接收天线4之间的敷设吸波材料区域5放置吸波材料。

所述电波暗室2四周墙壁及房顶上均贴有吸波材料，其内部场均匀性经过了上级计量部门的校准检定，符合相关标准要求，频率范围为10KHz～300MHz时，所述电波暗室2屏蔽效能为70dB。

所述脉冲信号源9及所述数字示波器10放置在所述控制室1中，所述脉冲信号源9输出的高压脉冲信号通过所述屏蔽射频电缆6馈入到所述发射天线3，所述标准接收天线4通过屏蔽射频信号线7将接收到的电压信号送到所述数字示波器10，所述数字示波器10对所述标准接收天线4测得的电压信号波形进行记录，所述控制室1与所述电波暗室2间的电缆及信号连接通过所述转接板8进行转接。

用电设备脉冲信号源9与数字示波器10放置在控制室1中，工作天线放置在电波暗室2中，两者间进行了有效的隔离，在一定程度上减小了用电设备对校准试验的干扰。

所述脉冲信号源9输出高压脉冲信号，其输出高压脉冲信号前沿1ns～2ns可调，输出脉冲前沿抖动在20ps～50ps范围内。

所述数字示波器10用于记录标准接收天线及待校准探头测得电压信号波形，其带宽为500MHz。

所述发射天线线3与标准接收天线4均采用双锥天线，且天线放置时两者极化方向相同，标准接收天线已经过了上级计量部门检定，天线系数在校准证书中给出。

在本实施例中，电磁脉冲电场探头时域校准方法包括如下步骤，如图2所示：

S1：在电波暗室2内按照地面标识位置放置发射天线3及标准接收天线4，调整天线到距离电波暗室2地面1.2m高度，发射天线3通过屏蔽射频电缆6与控制室1内的数字示波器10进行连接，标准接收天线4通过屏蔽射频信号线7与数字示波器进行连接。配置好的实验装置连接如图1所示；

S2：关闭电波暗室屏蔽门，脉冲信号源9向发射天线3输出高压脉冲信号u(t)，数字示波器10记录标准接收天线4接收到的电压信号波形u₀(t)，其中t为测量时间；

S3：关闭脉冲信号源输出，发射天线3位置、极化方向不变，撤掉标准接收天线，在标准接收天线位置放置待校准电场探头，高度为1.2m，极化方向与发射天线相同；

S4：打开脉冲信号源9，输出高压脉冲信号波形不变仍为u(t)，数字示波器10记录待校准电场探头测得电压信号波形u₁(t)；

S5：u₀(t)、u₁(t)分别经傅里叶变换得U₀(w)、U₁(w)，标准接收天线频域天线因子H₀(w)已知，则有待校准电场探头频域天线因子H₁(w)＝U₀(w)×H₀(w)/U₁(w)，其中w＝2πf，w为角频率，f为频率；

S6：H₁(w)经傅里叶反变换后得到待校准电场探头时域传递函数h₁(t)，即电场探头时域天线因子，校准结束。

实施例二

所述发射天线线3与标准接收天线4采用宽带天线。

本发明的目的是提供一种电磁脉冲电场探头时域校准方法，该校准方法采用标准天线法，整个校准实验在电波暗室中进行，电波暗室为校准实验提供一个相对“干净”的电磁环境，脉冲信号源及数字示波器放置在电波暗室控制室中，与工作天线进行有效的隔离，减小了校准过程中用电设备带来的干扰。本发明提供的电磁脉冲电场探头时域校准方法可快速、准确地完成较大尺寸电磁脉冲电场探头的时域校准。

Claims (5)

1.一种电磁脉冲电场探头时域校准方法，其特征在于该方法包括控制室(1)、电波暗室(2)、发射天线(3)、标准接收天线(4)、敷设吸波材料区域(5)、屏蔽射频电缆(6)、屏蔽射频信号线(7)、转接板(8)、脉冲信号源(9)、数字示波器(10)；控制室(1)与电波暗室(2)通过转接板(8)进行设备间的连接及信号传输，校准试验在电波暗室(2)中进行，电波暗室(2)四周墙壁及顶部均贴有吸波材料，发射天线(3)与标准接收天线(4)之间的敷设吸波材料区域(5)放置吸波材料，发射天线(3)及标准接收天线(4)极化方向相同；脉冲信号源(9)及数字示波器(10)放置在控制室(1)内，脉冲信号源(9)通过屏蔽射频电缆(6)向发射天线(3)馈入脉冲电压信号，发射天线(3)向外辐射电磁脉冲，标准接收天线(4)接收发射天线(3)辐射的脉冲电场，数字示波器(10)通过屏蔽射频信号线(7)与标准接收天线(4)或待校准电场探头相连，记录标准接收天线(4)或待校准电场探头测得的电压信号波形，通过一定的算法对测得电压信号进行处理后得到待校准电场探头的时域传递函数，实现对电磁脉冲电场探头的时域校准。

2.如权利要求1所述的电磁脉冲电场探头时域校准方法，其特征在于：校准过程中脉冲信号源(9)采用高压脉冲源，其输出高压脉冲信号前沿1ns～2ns可调，脉宽10ns～100ns可调，输出脉冲前沿抖动在20ps～50ps范围内。

3.如权利要求1所述的电磁脉冲电场探头时域校准方法，其特征在于：所述发射天线(3)及标准接收天线(4)均采用宽带天线/双锥天线。

4.如权利要求1所述的电磁脉冲电场探头时域校准方法，其特征在于：所述电波暗室(2)内的吸波材料，频率范围为10KHz～300MHz时，屏蔽效能为70dB。

5.如权利要求1所述的电磁脉冲电场探头时域校准方法，其特征在于该方法按以下步骤进行：

S1：在电波暗室(2)内按照地面标识位置放置发射天线(3)及标准接收天线(4)，发射天线(3)与标准接收天线(4)间距离为3m，高度均为距离所述电波暗室(2)地面1.2m，连接好测试设备；

S2：关闭电波暗室屏蔽门，脉冲信号源(9)向发射天线(3)输出高压脉冲信号u(t)，数字示波器(10)记录标准接收天线(4)接收到的电压信号波形u₀(t)，其中t为测量时间；

S3：关闭脉冲信号源(9)输出，发射天线(3)位置、极化方向不变，撤掉标准接收天线(4)，在标准接收天线(4)位置放置待校准电场探头，高度为1.2m，极化方向与发射天线(3)相同；

S4：打开脉冲信号源(9)，输出高压脉冲信号波形不变仍为u(t)，数字示波器(10)记录待校准电场探头测得电压信号波形u₁(t)；

S5：u₀(t)、u₁(t)分别经傅里叶变换得U₀(w)、U₁(w)，标准接收天线(4)频域天线因子H₀(w)已知，则待校准电场探头频域天线因子H₁(w)＝U₀(w)×H₀(w)/U₁(w)，其中w＝2πf，w为角频率，f为频率；

S6：H₁(w)经傅里叶反变换后得到待校准电场探头时域传递函数h₁(t)，即电场探头时域天线因子，校准结束。