CN105093148B - 一种电磁脉冲磁场探头时域校准方法 - Google Patents

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本发明涉及一种电磁脉冲磁场探头时域校准方法，该方法可在时域对电磁脉冲磁场探头进行校准。其方法是：校准试验在平行板传输线工作空间内进行，平行板传输线的锥形过渡段与脉冲信号源经同轴电缆和转接头连接，平行板传输线的终端连接匹配负载，数字示波器通过屏蔽射频信号线连接标准天线或待校准探头，脉冲信号源向平行板传输线馈入脉冲电压信号，在平行板传输线工作空间内形成脉冲磁场，数字示波器记录标准接收天线或待校准磁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磁场探头的时域传递函数，实现与标准接收天线同频段的被测磁场探头的时域校准。

Description

一种电磁脉冲磁场探头时域校准方法
技术领域
本发明涉及一种电磁脉冲磁场探头时域校准方法，属于瞬态电磁脉冲磁场测量领域，为瞬态电磁脉冲磁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实验的一个重要环节，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。
常用的磁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磁场探头进行校准，需经过多次测量才能实现对待测磁场探头工作频段的校准，该方法校准实验过程复杂，消耗时间长，不适用于电磁脉冲磁场探头的时域校准。
随着电磁脉冲的应用领域的拓展，电磁脉冲探头的时域校准方法越来越受到重视，1999年第六届全国抗辐射电子学与电磁脉冲学术交流会论文集361-369页《脉冲电磁场测量系统的校准方法》一文公开了利用TEM小室校准电磁脉冲磁场探头的方法，该装置采用标准场法，TEM小室结构复杂，造价高，使用不便。2010年第十五届全国核电子学与核探测技术学术年会论文集566-571页《甚低频电磁脉冲探测器标定方法的研究》一文公开了利用有界波模拟器进行甚低频磁场探头标定的方法，该方法只得到了脉冲峰值的校准系数，不能得到脉冲探头的时域传递函数，实现脉冲时域的全波形校准。
针对上述存在的问题，本发明提供了一种电磁脉冲磁场探头时域校准方法，利用平行板传输线，采用标准天线法，在时域完成电磁脉冲磁场探头的校准工作。
发明内容
本发明的目的是提供一种电磁脉冲磁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，整个校准工作空间在平行板传输线内进行，校准工作操作简单方便，能够获取电磁脉冲磁场探头的时域传递函数，实现电磁脉冲磁场探头的时域校准。本发明提供的电磁脉冲磁场探头时域校准方法可方便地完成电磁脉冲磁场探头的时域校准。
本发明所述的电磁脉冲电场探头时域校准方法，该装置包括平行板传输线，锥形过渡段，转接头，匹配负载，同轴电缆，脉冲信号源，标准接收天线，屏蔽射频信号线，数字示波器。其方法是：校准试验在平行板传输线工作空间内进行，平行板传输线的锥形过渡段与脉冲信号源经同轴电缆和转接头连接，平行板传输线的终端连接匹配负载，数字示波器通过屏蔽射频信号线连接标准天线或待校准探头，脉冲信号源向平行板传输线馈入脉冲电压信号，在平行板传输线工作空间内形成脉冲磁场，数字示波器记录标准接收天线或待校准磁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磁场探头的时域传递函数，实现与标准接收天线同频段的被测磁场探头的时域校准。
平行板传输线两端过渡段为锥形结构，平行板传输线平行段的上下和水平位置的1/3空间范围内，为该装置的工作空间。该空间的电磁场在水平方向满足场均匀性的要求，归一化场均匀性小于3dB。
磁场探头校准所用的标准天线的带宽应与被校准探头的带宽保持一致。
被校准探头或标准天线放置在同一位置，并且中心处于工作空间内。
标准接收天线采用宽带天线/环形天线，标准接收天线已经过计量检定，频域天线因子已知。
校准过程中脉冲信号源采用稳定输出的脉冲信号源，其输出脉冲信号前沿为2-10微秒，输出脉冲宽度为10-50微秒。
该方法按以下步骤进行：
S1：在平行板传输线工作空间内放置标准接收天线，调整标准接收天线中心使其位于距离上下板面中间的高度，标准接收天线平面与平行板传输线的侧面平行，连接好测试设备；
S2：脉冲信号源向平行板传输线馈入脉冲信号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，撤掉标准接收天线，在标准接收天线位置放置待校准磁场探头，磁场探头方向与标准接收天线一致；
S4：打开脉冲信号源，输出脉冲信号波形不变仍为u(t)，数字示波器(9)记录待校准磁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，则待校准磁场探头频域天线因子H1(w)＝U0(w)×H0(w)/U1(w)，其中w＝2πf，为角频率；
S6：H1(w)经反傅里叶变换后得到待校准磁场探头时域传递函数h1(t)，即磁场探头时域天线因子，校准结束。
信号测量设备示波器带宽应大于200MHz。
本发明所述的校准方法的优点如下：
采用标准天线法，整个校准工作空间在平行板传输线内进行，校准工作操作简单方便，能够获取电磁脉冲磁场探头的时域传递函数，实现脉冲磁场探头的时域校准。本发明提供的电磁脉冲磁场探头时域校准方法可方便地完成电磁脉冲磁场探头的时域校准。
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、平行板传输线，2、锥形过渡段，3、转接头，4、匹配负载，5、同轴电缆，6、脉冲信号源，7、标准接收天线，8、屏蔽射频信号线，9、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磁场探头时域校准装置包括平行板传输线1，锥形过渡段2，转接头3，匹配负载4，同轴电缆5，脉冲信号源6，标准接收天线7，屏蔽射频信号线8，数字示波器9。校准过程中，所述脉冲信号源6和数字示波器9放置在平行板传输线1的外部，被校准探头或所述标准接收天线7放置在所述平行板传输线1平行段的上下和水平位置的1/3空间范围内。该空间的电磁场在水平方向满足场均匀性的要求，频率范围20Hz-2MHz，归一化场均匀性小于3dB。
所述平行板传输线1的锥形过渡段2与所述脉冲信号源6经同轴电缆5和转接头3连接，平行板传输线1的终端连接所述匹配负载4，所述数字示波器9通过所述屏蔽射频信号线8连接所述标准接收天线7或待校准探头，所述脉冲信号源6向所述平行板传输线1馈入脉冲电压信号，在所述平行板传输线1工作空间内形成脉冲磁场。
所述的脉冲信号源6采用稳定输出的脉冲信号源，其输出脉冲信号前沿为2-10微秒，输出脉冲宽度为10-50微秒。
所述数字示波器9用于记录标准接收天线及待校准磁场探头测得电压信号波形，其带宽为200MHz。
所述标准接收天线7采用圆形磁环天线，天线平面与所述平行板传输线1的平行段侧面平行，标准接收天线已经过计量检定，频域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：在平行板传输线1工作空间内放置标准接收天线7，调整标准接收天线7中心使其位于距离上下板面中间的高度，标准接收天线7平面与平行板传输线平行段的侧面平行，平行板传输线1的锥形过渡段2与脉冲信号源6经同轴电缆5和转接头3连接，平行板传输线1的终端连接匹配负载4，数字示波器9通过屏蔽射频信号线8连接标准接收天线7或待校准探头。配置好的实验装置连接如图1所示；
S2：脉冲信号源6向平行板传输线1馈入脉冲信号u(t)，数字示波器9记录标准接收天线7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6输出，撤掉标准接收天线7，在标准接收天线位置放置待校准磁场探头，磁场探头方向与标准磁环天线一致；
S4：打开脉冲信号源6，输出脉冲信号波形不变仍为u(t)，数字示波器9记录待校准磁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，则待校准磁场探头频域天线因子H1(w)＝U0(w)×H0(w)/U1(w)，其中w＝2πf，为角频率，f为频率；
S6：H1(w)经反傅里叶变换后得到待校准磁场探头时域传递函数h1(t)，即磁场探头时域天线因子，校准结束。
本发明的目的是提供一种电磁脉冲磁场探头时域校准方法，采用标准天线法，整个校准工作空间在平行板传输线内进行，校准工作操作简单方便，能够获取电磁脉冲探头的时域传递函数，实现脉冲探头的时域校准。本发明提供的电磁脉冲磁场探头时域校准方法可方便地完成电磁脉冲磁场探头的时域校准。

Claims (5)

1.一种电磁脉冲磁场探头时域校准方法，其特征在于该方法包括平行板传输线(1)，锥形过渡段(2)，转接头(3)，匹配负载(4)，同轴电缆(5)，脉冲信号源(6)，标准接收天线(7)，屏蔽射频信号线(8)，数字示波器(9)；校准试验在平行板传输线(1)工作空间内进行，平行板传输线(1)的锥形过渡段(2)与脉冲信号源(6)经同轴电缆(5)和转接头(3)连接，平行板传输线(1)的终端连接匹配负载(4)，数字示波器(9)通过屏蔽射频信号线(8)连接标准接收天线(7)或待校准探头，脉冲信号源(6)向平行板传输线(1)馈入脉冲电压信号，在平行板传输线(1)工作空间内形成脉冲磁场，数字示波器(9)记录标准接收天线(7)或待校准磁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磁场探头的时域传递函数，实现与标准接收天线(7)同频段的被测磁场探头的时域校准。
2.如权利要求1所述的电磁脉冲磁场探头时域校准方法，其特征在于：校准过程中信号源采用脉冲信号源(6)，其输出脉冲信号前沿为2μs-10μs，输出脉冲宽度为10μs-50μs。
3.如权利要求1所述的电磁脉冲磁场探头时域校准方法，其特征在于：所述标准接收天线(7)采用宽带天线/环形天线。
4.如权利要求1所述的电磁脉冲磁场探头时域校准方法，其特征在于：所述平行板传输线(1)工作空间的磁场在水平方向满足场均匀性的要求，归一化场均匀性小于3dB。
5.如权利要求1所述的电磁脉冲磁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：在平行板传输线(1)工作空间内放置标准接收天线(7)，调整标准接收天线(7)中心使其位于距离上下板面中间的高度，标准接收天线(7)平面与平行板传输线的侧面平行，连接好测试设备；
S2：脉冲信号源(6)向平行板传输线(1)馈入脉冲信号u(t)，数字示波器(9)记录标准接收天线(7)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(6)输出，撤掉标准接收天线(7)，在标准接收天线位置放置待校准磁场探头，磁场探头方向与标准接收天线一致；
S4：打开脉冲信号源(6)，输出脉冲信号波形不变仍为u(t)，数字示波器(9)记录待校准磁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，则待校准磁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)经反傅里叶变换后得到待校准磁场探头时域传递函数h1(t)，即磁场探头时域天线因子，校准结束。
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