CN106483387A - 一种电场辐射宽带检测器及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电场辐射宽带检测器及其检测方法，属于电磁场辐射检测领域，包括分布式集总电阻加载的电小探头、检波二极管、滤波电容、基于分布式集总电阻的差分高阻传输线、输出端口和低损耗介质板。本发明采用分布式集总电阻指数型加载的电小探头进行电场辐射信号的超宽带接收，易于加工，同时也减小了对测试场的影响；采用分布式集总电阻指数型加载的电小探头及高灵敏度检波二极管结合的检波电路的一体化设计，通过选择合适参数的检波二极管并优化设计电小探头实现了电场辐射强度的高灵敏度检测；采用基于分布式集总电阻的差分高阻传输线及滤波电容构成分布式低通滤波器，通过优化结构尺寸，实了高频信号的隔离，减小了检波信号的失真。

Description

一种电场辐射宽带检测器及其检测方法

技术领域

本发明属于电磁场辐射检测领域，具体涉及一种电场辐射宽带检测器及其检测方法。

背景技术

电场辐射是一种难以感知的隐形污染。在一定的空间中，电场辐射强度达到一定限值后，将对人身健康或动物的生存安全等产生不良影响，同时也会对电子仪器、设备，包括通信设备的安全运行产生影响。为了能够实时的检测周边环境的电场辐射强度，需要开发一种可广泛应用于各种敏感区域的电场辐射检测器，以便判定所检测区域是否满足相关国军标标准，最终确定敏感区域人员及设备的安全问题。

传统的电场辐射测量方法主要有两种：一是基于偶极子天线的二极管检波法，二是基于热电偶的检测方法等。第一种方法受限于偶极子天线的谐振特性，工作带宽较窄，不太适合于电场辐射的宽带测量，另外由于采用偶极子天线形式，天线的尺寸为电大尺寸，对测试场的干扰影响较大，从而失真较大，不太适合于电场辐射的精确测量。第二种方法受热电偶本身特性的限制，体积较大，测试灵敏度较低，结构复杂，成本较高。

辐射检测器的传统方案是采用谐振式天线进行电场辐射检测，这种电场辐射检测器是与本专利比较相近的一种实现方案，其结构示意图如图1所示。该结构主要由偶极子天线及检波二极管构成。偶极子天线接收电场辐射信号经二极管检波后输出。这种方案天线设计技术成熟，加工难度小，但偶极子天线受限于其谐振式工作机理，天线尺寸一般是半个波长，为电大尺寸，对测试区域的辐射场强干扰较大，同时其工作带宽较窄，很难满足电场辐射宽带高灵敏度测试的需求。电场辐射经二极管检波输出后没有进行有效的低通滤波，检波信号上叠加了高频分量，导致测试的失真较大。总体来说，这种方案，难以满足电场辐射的高灵敏度低失真宽带检测的需求。

为了解决以上难题，本发明提出了一种基于分布式集总电阻加载的电场辐射宽带检测器，该检测器是一种适用于近远场全空间区域的射频宽带电场辐射探测的普适性技术方案。该方案采用分布式集总电阻加载的电小探头进行电场辐射的宽带接收，然后通过高灵敏度的低势垒肖特基二极管进行电场辐射的检测，并将检波信号通过分布式集总电阻构成的低通滤波器进行射频信号隔离，从而达到低失真输出的目的。本发明提出的超宽带电场探测器，具有简单的结构形式，可实现电场辐射的高灵敏度低失真宽带检测。采用该技术方案设计的电场辐射检测分析仪可以覆盖短波、超短波、微波频段从而基本满足军民用单位的电场辐射检测的需求。

发明内容

针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出了一种电场辐射宽带检测器及其检测方法，设计合理，克服了现有技术的不足，具有良好的推广效果。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种电场辐射宽带检测器，包括分布式集总电阻加载的电小探头、检波二极管、滤波电容、基于分布式集总电阻的差分高阻传输线、输出端口和低损耗介质板；所述滤波电容跨接在检波二极管的两端；

分布式集总电阻加载的电小探头，被配置为用于接收电场辐射信号；

检波二极管，被配置为用于检测电场辐射强度；

滤波电容和基于分布式集总电阻的差分高阻传输线构成分布式低通滤波器，被配置为用于对电场辐射强度的检测值进行低通滤波；

电场辐射宽带检测器通过分布式集总电阻加载的电小探头接收空间中的电场辐射信号，然后通过检波二极管进行电场辐射强度的检测，电场辐射强度的检测值通过滤波电容进行低通滤波，然后通过差分高阻传输线传送到输出端口。

优选地，差分高阻传输线由分布式集总电阻通过线路依次连接而成。

优选地，电小探头的臂长是其最高工作频率所对应波长的十分之一。

优选地，电小探头由分布式集总电阻和驱动电容C_a组成，驱动电容C_a跨接在检波二极管的两端。

优选地，所述检波二极管由结电容C_j和结电阻R_j组成。

优选地，结电容C_j≤0.1pF。

优选地，结电阻R_j≥1MΩ。

优选地，驱动电容C_a和结电阻R_j构成一个高通滤波器。

此外，本发明还提到一种电场辐射宽带检测器的检测方法，该方法采用如上所述的一种电场辐射宽带检测器，按照如下步骤进行：

步骤1：根据电小探头的工作频率确定电小探头的长度；

步骤2：在具有一定长度的电小探头上进行集总电阻的分布式指数加载，并根据下述公式计算出分布式指数加载的电阻值；

R_y＝R₀*exp(a*|y-y₀|/b)

其中，Ry为分布式指数加载的电阻值，R₀为电小探头上的末端电阻值，a为指数系数，y为电阻加载的位置，y₀为电阻加载的起始点的位置，b为电小探头的臂长；

步骤3：通过分布式集总电阻加载的电小探头接收空间中的电场辐射信号；

步骤4：通过检波二极管进行电场辐射强度的检测；

步骤5：通过滤波电容对电场辐射强度的检测值进行低通滤波；

步骤6：通过差分高阻传输线将经过低通滤波的电场辐射强度的检测值传送到输出端口。

本发明所带来的有益技术效果：

本发明提出的一种基于分布式集总电阻加载的电场辐射宽带检测器，具有结构简单、体积较小、工作带宽宽、灵敏度高、失真小等等优点，克服了传统谐振式的电场检测器尺寸大、工作带宽窄、灵敏度低、失真大的不足，实现了电场辐射的高灵敏度低失真宽带检测。具体如下：

1、采用了分布式集总电阻指数型加载的电小探头进行电场辐射信号的超宽带接收，具有较小的结构尺寸，易于加工，同时也减小了对测试场的影响；

2、采用了分布式集总电阻指数型加载的电小探头及高灵敏度检波二极管结合的检波电路的一体化设计，通过选择合适参数的检波二极管并优化设计电小探头实现了电场辐射强度的高灵敏度检测；

3、采用基于分布式集总电阻的差分高阻传输线及滤波电容构成分布式低通滤波器，通过优化结构尺寸，调整电阻及电容值，实现了高频信号的隔离，减小了检波信号的失真。

附图说明

图1为传统的一种偶极子天线形式的电场辐射检测器的结构示意图。

图2为本发明一种电场辐射宽带检测器的结构示意图。

图3为电小探头检波电路的等效原理图。

其中，1-电小探头；2-高灵敏度检波二极管；3-滤波电容；4-差分高阻传输线；5-输出端口；6-低损耗介质板。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

实施例1：

本发明提出了一种基于分布式集总电阻加载的电场辐射宽带检测器，其结构及各组成部分如图2所示。该电场辐射宽带检测器主要由六个部分构成，分别是分布式集总电阻加载的电小探头1、高灵敏度检波二极管2、滤波电容3、基于分布式集总电阻的差分高阻传输线4、输出端口5及低损耗介质板6。

电场辐射宽带检测器通过分布式集总电阻加载的电小探头1接收空间中的电场辐射信号，然后通过高灵敏度检波二极管2进行电场辐射强度的检测，电场辐射强度的检测值通过滤波电容3进行低通滤波，然后通过差分高阻传输线4传送到输出端口5。

差分高阻传输线4由分布式集总电阻通过线路依次连接而成。

电小探头1的臂长是其最高工作频率所对应波长的十分之一。

电小探头1由分布式集总电阻和驱动电容C_a组成，驱动电容C_a跨接在检波二极管的两端。

本发明中采用高灵敏度检波二极管2实现电场辐射强度的检测。

选择二极管时主要需考虑以下几个参数：

1)最大工作频率f_max；

2)二极管的结电容(C_j)；

3)二极管的结电阻(R_j)；

4)检波灵敏度。

高的频率f_max决定了最小C_j和寄生电抗，比如电容(C_p)和二极管的传导电感(L)。二极管的电容应很小，因为它要与电小探头的驱动点电容(C_a)进行电压分压，具体的等效原理见图3所示。所述检波二极管由结电容C_j和结电阻R_j组成，只有结电容C_j≤0.1pF的二极管才可以使用，并且C_a和R_j共同组成一个高通滤波器，最终决定了整个探头的低端的截止频率(f_min)，同样的只有结电阻很大(R_j≥1MΩ)的二极管才可以采用。

实施例2：

在上述实施例的基础上，本发明还提到一种电场辐射宽带检测器的检测方法，按照如下步骤进行：

步骤1：根据电小探头的工作频率确定电小探头的长度；

步骤2：在具有一定长度的电小探头上进行集总电阻的分布式指数加载，并根据下述公式计算出分布式指数加载的电阻值；

R_y＝R₀*exp(a*|y-y₀|/b)

其中，Ry为分布式指数加载的电阻值，R₀为电小探头上的末端电阻值，a为指数系数，y为电阻加载的位置，y₀为电阻加载的起始点的位置，b为电小探头的臂长；

步骤3：通过分布式集总电阻加载的电小探头接收空间中的电场辐射信号；

步骤4：通过检波二极管进行电场辐射强度的检测；

步骤5：通过滤波电容对电场辐射强度的检测值进行低通滤波；

步骤6：通过差分高阻传输线将经过低通滤波的电场辐射强度的检测值传送到输出端口。

本发明采用了分布式集总电阻指数型加载的电小探头进行电场辐射信号的超宽带接收，具有较小的结构尺寸，易于加工，同时也减小了对测试场的影响；采用了分布式集总电阻指数型加载的电小探头及高灵敏度检波二极管结合的检波电路的一体化设计，通过选择合适参数的检波二极管并优化设计电小探头实现了电场辐射强度的高灵敏度检测；采用基于分布式集总电阻的差分高阻传输线及滤波电容构成分布式低通滤波器，通过优化结构尺寸，调整电阻及电容值，实现了高频信号的隔离，减小了检波信号的失真。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种电场辐射宽带检测器，其特征在于，包括分布式集总电阻加载的电小探头、检波二极管、滤波电容、基于分布式集总电阻的差分高阻传输线、输出端口和损耗介质板；所述滤波电容跨接在检波二极管的两端；

分布式集总电阻加载的电小探头，被配置为用于接收电场辐射信号；

检波二极管，被配置为用于检测电场辐射强度；

滤波电容和基于分布式集总电阻的差分高阻传输线构成分布式低通滤波器，被配置为用于对电场辐射强度的检测值进行低通滤波；

电场辐射宽带检测器通过分布式集总电阻加载的电小探头接收空间中的电场辐射信号，然后通过检波二极管进行电场辐射强度的检测，电场辐射强度的检测值通过滤波电容进行低通滤波，然后通过差分高阻传输线传送到输出端口。

2.根据权利要求1所述的电场辐射宽带检测器，其特征在于，差分高阻传输线由分布式集总电阻通过线路依次连接而成。

3.根据权利要求1所述的电场辐射宽带检测器，其特征在于，电小探头的臂长是其最高工作频率所对应波长的十分之一。

4.根据权利要求1所述的电场辐射宽带检测器，其特征在于，电小探头由分布式集总电阻和驱动电容C_a组成，驱动电容C_a跨接在检波二极管的两端。

5.根据权利要求1所述的电场辐射宽带检测器，其特征在于，所述检波二极管由结电容C_j和结电阻R_j组成。

6.根据权利要求5所述的电场辐射宽带检测器，其特征在于，结电容C_j≤0.1pF。

7.根据权利要求5所述的电场辐射宽带检测器，其特征在于，结电阻R_j≥1MΩ。

8.根据权利要求5所述的电场辐射宽带检测器，其特征在于，驱动电容C_a和结电阻R_j构成一个高通滤波器。

9.一种电场辐射宽带检测器的检测方法，其特征在于，采用如权利要求1所述的一种电场辐射宽带检测器，按照如下步骤进行：

步骤1：根据电小探头的工作频率确定电小探头的长度；

步骤2：在具有一定长度的电小探头上进行集总电阻的分布式指数加载，并根据下述公式计算出分布式指数加载的电阻值；

R_y＝R₀*exp(a*|y-y₀|/b)

其中，Ry为分布式指数加载的电阻值，R₀为电小探头上的末端电阻值，a为指数系数，y为电阻加载的位置，y₀为电阻加载的起始点的位置，b为电小探头的臂长；

步骤3：通过分布式集总电阻加载的电小探头接收空间中的电场辐射信号；

步骤4：通过检波二极管进行电场辐射强度的检测；

步骤5：通过滤波电容对电场辐射强度的检测值进行低通滤波；

步骤6：通过差分高阻传输线将经过低通滤波的电场辐射强度的检测值传送到输出端口。