CN113092877A - 小型化电磁脉冲场测试探头及测试系统 - Google Patents
小型化电磁脉冲场测试探头及测试系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113092877A CN113092877A CN202110342301.2A CN202110342301A CN113092877A CN 113092877 A CN113092877 A CN 113092877A CN 202110342301 A CN202110342301 A CN 202110342301A CN 113092877 A CN113092877 A CN 113092877A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- probe
- insulating sleeve
- electromagnetic pulse
- field
- optical
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000000523 sample Substances 0.000 title claims abstract description 82
- 238000012360 testing method Methods 0.000 title claims abstract description 78
- 230000005404 monopole Effects 0.000 claims abstract description 34
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 33
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 32
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 21
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 21
- 230000005684 electric field Effects 0.000 claims description 39
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 39
- 230000005669 field effect Effects 0.000 claims description 23
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 13
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims description 11
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 8
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 4
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 4
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 4
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 11
- 230000004044 response Effects 0.000 description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 description 10
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 9
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 8
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 6
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 238000009532 heart rate measurement Methods 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 2
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 2
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 2
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 1
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 description 1
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- GQYHUHYESMUTHG-UHFFFAOYSA-N lithium niobate Chemical compound [Li+].[O-][Nb](=O)=O GQYHUHYESMUTHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 238000010561 standard procedure Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R29/00—Arrangements for measuring or indicating electric quantities not covered by groups G01R19/00 - G01R27/00
- G01R29/08—Measuring electromagnetic field characteristics
- G01R29/0864—Measuring electromagnetic field characteristics characterised by constructional or functional features
- G01R29/0878—Sensors; antennas; probes; detectors
- G01R29/0885—Sensors; antennas; probes; detectors using optical probes, e.g. electro-optical, luminescent, glow discharge, or optical interferometers
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R1/00—Details of instruments or arrangements of the types included in groups G01R5/00 - G01R13/00 and G01R31/00
- G01R1/02—General constructional details
- G01R1/04—Housings; Supporting members; Arrangements of terminals
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Tests Of Electronic Circuits (AREA)
Abstract
本发明公开了一种小型化电磁脉冲场测试探头及测试系统，所述探头分为弱场测试探头和强场测试探头两种。所述强场探头包括金属屏蔽壳体和绝缘套管，所述绝缘套管的一端设置有向外延伸的凸环，所述凸环插入到所述金属屏蔽壳体内，电池和电光转换电路位于屏蔽壳体内，半导体激光器位于所述绝缘套管内，所述金属屏蔽壳体相当于单极子天线的接地平面，导线的一端与光电转换电路的输入端电连接，导线的另一端经过所述绝缘套管上的通孔后引出所述绝缘套管，所述导线作为强场探头的电小单极子天线，用来接收外界的强电场信号。所述探头能够有效的减小其体积，且所述探头还具有动态范围大、电路结构简单、测试频带宽等优点。
Description
技术领域
本发明涉及电磁场测试装置技术领域，尤其涉及一种小型化电磁脉冲场测试探头及测试系统。
背景技术
为研究车辆、飞机、舰船仓部等小空间电场环境的电磁兼容与防护问题，需要在尽量不影响被测电场分布的情况下，实现对脉冲电场的准确测试，这是确定受试设备电磁敏感度和电磁辐射发射阈值的前提。体积较大的电磁脉冲场测试探头，一方面是空间受限无法放置；另一方面，探头占用场空间较大，无法放置在场分布的均匀区内，从而导致测量的准确度降低。因此，需要一种小型化的电磁脉冲场测试探头解决小空间电磁脉冲场的实时测试问题。
目前，现有的脉冲电场测试方法主要包括天线直接感应法、有源电光调制法和无源电光调制法。天线直接感应法是利用宽带天线直接感测电场信号，如常用的对数天线、喇叭天线以及极子天线等，天线输出信号经高频电缆传输至显示记录设备进行信号处理，这种方法是将天线作为电场传感器，一般的天线只能工作于某一特定频段，不能接受数Hz-GHz的宽带脉冲电场信号，体积太大，不适合小空间电场的测试，另外，天线本身和传输电缆均是金属构件，会对小空间电场分布产生较大的干扰。基于有源电光调制法研制的电场探头仍然是依靠天线感应外界电场信号，只是传输方式上由高频线缆改为光纤，但存在如何将天线感应的电场信号转换为调制光信号的问题，现有的电光调制器主要由输入网络、放大、驱动电路三部分组成，一方面复杂的电路结构严重限制了测试系统的带宽，另一方面，现有电光调制器模块过大的体积也会干扰被测电场的分布，仍不适合小空间电场的测试。无源电光调制法是利用某些晶体(如铌酸锂)折射率具有对电场敏感的特性来实现电光调制，包括基于体电光晶体或集成光波导技术两种方案。基于体电光晶体的传感器稳定性较差，并且由于晶体体积不能太小，导致探头体积较大；另外，电光晶体的光电系数太小,不能在被测电场强度下进行有效的电光调制，只能进行超强电场下的测试。为提高调制深度，往往利用集成光波导构成电光调制器，且在电光晶体上镀制天线或外接天线,这在一定程度上增加了被测电场的扰动，由于外接天线的尺寸和电光晶体的自身特性限制，其在高灵敏度的实现上不具备优势；另外，利用电光晶体进行电光调制时对激光器的稳定性要求极高，而激光器和电光晶体对温度变化非常敏感，这在一定程度上限制了其实际应用。综上所述，为了满足小空间电场环境下的测试，急需研制一种小型化、高灵敏度、大动态范围及宽频带的电磁脉冲场测试探头。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是如何提供一种小型化、高灵敏度、大动态范围及宽频带的电磁脉冲场测试探头。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种小型化电磁脉冲场测试探头，其特征在于：包括金属屏蔽壳体和绝缘套管，所述金属屏蔽壳体通过绝缘套管分为左右两部分，所述绝缘套管的一端设置有向外延伸的凸环，所述凸环插入到所述金属屏蔽壳体的左半部分内，且所述绝缘套管的凸环以外的部分插入到所述金属屏蔽壳体的右半部分内，电池和电光转换电路位于左半部分屏蔽壳体内，半导体激光器位于所述绝缘套管内，左右分离的两部分屏蔽壳体构成电小单极子天线，左部分金属屏蔽壳体相当于电小单极子天线的接地平面，右部分金属屏蔽壳体相当于电小单极子天线，导线的一端与光电转换电路的输入端电连接，导线的另一端经过所述绝缘套管上的通孔引出后与所述电小单极子天线电连接，该输入端即为天线的馈电点，用于感应外界的弱电磁脉冲场信号；通过所述电磁脉冲场测试探头的电小单极子天线感应到的信号传送给所述电光转换电路进行处理，处理后的光信号通过半导体激光器输出，完成电场信号到光信号的直接电光调制。
本发明还公开了一种小型化电磁脉冲场测试探头，其特征在于：包括金属屏蔽壳体和绝缘套管，所述绝缘套管的一端设置有向外延伸的凸环，所述凸环插入到所述金属屏蔽壳体内，电池和电光转换电路位于屏蔽壳体内，半导体激光器位于所述绝缘套管内，所述金属屏蔽壳体相当于单极子天线的接地平面，导线的一端与光电转换电路的输入端电连接，导线的另一端经过所述绝缘套管上的通孔后引出所述绝缘套管，且导线不与金属屏蔽壳体接触，所述导线作为强场探头的电小单极子天线，用来接收外界的强电场信号，通过调节该导线的长度来调整强场探头的动态范围；通过所述电小单极子天线感应到的信号传送给电容分压电路之后再经过所述电光转换电路进行处理，处理后的光信号通过半导体激光器输出，完成电场信号到光信号的直接电光调制。
进一步的技术方案在于：所述分压电路为一个并联在接收天线输入端和地之间的电容C3，通过调节电容C3的容值，可以进一步提高强场探头的动态范围。
进一步的技术方案在于：所述电光转换电路(4)包括天线，所述天线的一端与下半部分屏蔽壳体连接，所述天线的另一端与耦合电容C1的一端相连，所述电容C1的另一端分为两路，第一路与场效应管Q1的栅极连接，第二路经电阻R1接地，所述场效应管Q1的漏极分为两路，第一路接电源VDD，第二路经电容C2接地，所述场效应管Q1的源极经经电阻RS后与半导体激光器U1的电源输入端连接，所述半导体激光器U1的接地端接地。
优选的，所述场效应管使用NE72218型场效应管；所述场效应管Q1、电容C1-C2、电阻R1以及电阻RS均采用贴片封装。
进一步的技术方案在于：所述探头感应电压信号的下限频率fL为：
其中R1为电阻R1的阻值，C1为电容C1的容值。
进一步的技术方案在于：探头的上限频率fH为：
fH＜＜c/h (2)
其中，c为光速，h为充当电小单极子天线的上部分屏蔽壳体的长度。
进一步的技术方案在于：所述绝缘套管与所述半导体激光器之间设置有激光器支撑套筒。
本发明还公开一种电磁脉冲场测试系统，其特征在于包括如权利要求1-8中任意一项所述的小型化电磁脉冲场测试探头，还包括光接收机以及示波器，所述小型化电磁脉冲场测试探头的光信号输出端与所述光接收机的信号输入端连接，所述光接收机的信号输出端与示波器的信号输入端连接。
进一步的技术方案在于：所述小型化电磁脉冲场测试探头的光信号输出端通过光纤以及光纤接头与所述光接收机的信号输入端连接。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本申请通过将屏蔽壳体作为电小单极子天线，能够有效的减小其体积，并设计相应的电光转换电路，能够有效的提高其灵敏度，且所述探头还具有动态范围大、电路结构简单、测试频带宽等优点。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明实施例所述测试弱场探头的剖视结构示意图；
图2是本发明实施例所述测试强场探头的剖视结构示意图；
图3是本发明实施例所述测试探头中电光转换电路的原理图；
图4是本发明实施例所述测试系统的原理框图；
图5为本发明实施例中基于GTEM室的频域校准配置图；
图6a是本发明实施例中测试系统实物图；
图6b是本发明实施例中标准场强仪和脉冲传感器放置图；
图7是本发明实施例中基于GTEM室的频域校准配置图(300MHz～1GHz频段)；
图8a是本发明实施例中方波脉冲场时域校准的原理框图；
图8b是本发明实施例中方波脉冲场时域校准的实物图；
图9是本发明实施例中双指数脉冲场时域校准配置图；
图10a是本发明实施例中弱场探头的频率响应曲线；
图10b是本发明实施例中强场探头的频率响应曲线；
图11a是本发明实施例中弱场探头的测试场强范围；
图11b是本发明实施例中强场探头的测试场强范围；
其中：1、金属屏蔽壳体；2、绝缘套管；3、电池；4、电光转换电路；5、半导体激光器；6、导线；7、激光器支撑套筒。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
实施例一
如图1所示，本发明实施例公开一种适用于弱场的小型化电磁脉冲场测试探头，包括金属屏蔽壳体1和绝缘套管2，所述金属屏蔽壳体1通过绝缘套管2分为左右两部分，所述绝缘套管2的一端设置有向外延伸的凸环，所述凸环插入到所述金属屏蔽壳体1的左半部分内，且所述绝缘套管2的凸环以外的部分插入到所述金属屏蔽壳体1的右半部分内；电池3和电光转换电路4位于左半部分屏蔽壳体内，半导体激光器5位于所述绝缘套管2内，左右分离的两部分屏蔽壳体构成电小单极子天线，左部分金属屏蔽壳体相当于电小单极子天线的接地平面，右部分金属屏蔽壳体相当于电小单极子天线，导线6的一端与光电转换电路4的输入端电连接，导线6的另一端经过所述绝缘套管2上的通孔引出后与所述电小单极子天线电连接，该输入端即为天线的馈电点，用于感应外界的弱电磁脉冲场信号；通过所述电磁脉冲场测试探头的电小单极子天线感应到的信号传送给所述电光转换电路进行处理，处理后的光信号通过半导体激光器输出，完成电场信号到光信号的直接电光调制。本申请所述弱场探头通过将屏蔽壳体作为电小单极子天线，能够有效的减小其体积，并设计相应的电光转换电路，能够有效的提高其灵敏度。
实施例二
如图2所示，本发明实施例还公开了一种适用于强场的小型化电磁脉冲场测试探头，包括金属屏蔽壳体1和绝缘套管2，所述绝缘套管的一端设置有向外延伸的凸环，所述凸环插入到所述金属屏蔽壳体1内，电池3和电光转换电路4位于屏蔽壳体内，半导体激光器5位于所述绝缘套管2内；所述金属屏蔽壳体1相当于单极子天线的接地平面，导线6的一端与光电转换电路4的输入端电连接，导线6的另一端经过所述绝缘套管2上的通孔后引出所述绝缘套管，且导线不与金属屏蔽壳体接触，所述导线6作为强场探头的电小单极子天线，用来接收外界的强电场信号，通过调节该导线6的长度来调整强场探头的动态范围；通过所述电小单极子天线感应到的信号传送给电容分压电路之后再经过所述电光转换电路进行处理，处理后的光信号通过半导体激光器输出，完成电场信号到光信号的直接电光调制。本申请所述强场探头通过将导线和金属屏蔽壳体作为电小单极子天线，能够有效的减小其体积，并设计相应的分压电路和电光转换电路，能够有效的提高其动态范围。
进一步的，所述分压电路为一个并联在接收天线输入端和地之间的电容C3，通过调节电容C3的容值，可以进一步提高强场探头的动态范围。
此外，在本申请的实施例一以及实施例二的所述探头中，所述绝缘套管2与所述半导体激光器5之间设置有激光器支撑套筒7，用于支撑所述半导体激光器5，使得所述探头的结构更稳定。
进一步的，如图3所示，本发明实施例一和实施例二中所述电光转换电路4包括天线，所述天线的一端与下半部分屏蔽壳体连接，所述天线的另一端与耦合电容C1的一端相连，所述电容C1的另一端分为两路，第一路与场效应管Q1的栅极连接，第二路经电阻R1接地，所述场效应管Q1的漏极分为两路，第一路接电源VDD，第二路经电容C2接地，所述场效应管Q1的源极经经电阻RS后与半导体激光器U1的电源输入端连接，所述半导体激光器U1的接地端接地，通过所述电光转换电路完成电场信号到光信号的直接电光调制，简化了电路结构，实现了小型化设计。
此外，本申请中场效应管采用的是高截止频率、低噪声、宽漏源电流范围的NEC公司生产的NE72218，其截止频率为12GHz，跨导gm为45mS,漏源电流范围30-120mA,有助于提高其测试灵敏度和工作频带。进一步的，将电光转换电路中的天线通过绝缘部分引出，通过调节该天线的长度，可以提高其动态范围，实现强场测试。此外，本申请中所述场效应管、电容、电阻等电子元件都采用贴片封装，以减小探头体积。
本申请中所述探头中的电小单极子天线感应的电场信号可以直接控制场效应管的源漏电流，即天线感应的电场信号直接控制半导体激光器的工作电流,而半导体激光器的工作电流与其输出光强成正比，从而实现了天线感应的电场信号对半导体激光器输出光强的直接调制，实现了电场信号与调制光信号的直接转换。探头的适用测量范围主要由半导体激光器的阈值电流和场效应管的饱和漏电流决定。半导体激光器的阈值电流对应可测的最大负向电场强度,该值的存在,决定场效应管始终处于放大区。由于半导体激光器的输出功率有较大的瞬态允许值,场效应管的饱和漏电流对应可测最大正向电场强度。
用与频率基本无关的电小天线作为接收天线来检测瞬态电场，可以不失真地反映入射电场的时域波形，而且对被测场的扰动较小。所述探头感应电压信号的下限频率fL：
通过式(1)可看出，场效应管的输入阻抗与探头的下限频率相关，电小单极子天线与电光转换电路的高阻耦合可以保证探头具有足够低的下限频率。场效应管和外围电路构成的是一个具有高输入阻抗低输出阻抗的共源放大电路，其输入阻抗主要由电阻R1决定，R1均采用大电阻，为4.7MΩ。源极电阻Rs使得放大电路形成了电流负反馈，起到了稳定输出电流的作用，以确保能够较好地驱动半导体激光器。
探头的上限频率fH与灵敏度主要是由天线长度所决定。为了确保天线为电小天线，需要满足如下条件：
fH＜＜c/h (2)
因此，根据式(2)可知，充当电小单极子天线的上部分屏蔽壳体的长度h将不能超过c/fH。在满足电小天线的前提下，天线的长度越长，其灵敏度越高。
实施例三
如图4所示，本发明实施例还公开了一种电磁脉冲场测试系统，包括所述的小型化电磁脉冲场测试探头，还包括光接收机以及示波器，所述小型化电磁脉冲场测试探头的光信号输出端通过光纤6以及光纤接头7与所述光接收机的信号输入端连接，所述光接收机的信号输出端与示波器的信号输入端连接。所述光接收机可以在市场上选择频率范围在30kHz-1.5GHz，光波为1310nm的光电探测器即可。此外，示波器的指标需达到采样频率在20GSa/s、频带为1.5GHz。
下面通过具体实验对本申请所述探头进行测试：
(1)频域校准
频域校准主要测试宽带电磁脉冲电场测量系统模拟通带内频域响应，分析系统的带宽及频域响应平坦度。
基于前面的分析以及实验室现有的条件，在低频段(100kHz～300MHz)，采用GTEM室做为测试环境，在高频段(300MHz～1GHz)，采用暗室做为测试环境。校准方法参考IEEEStd 1309-2005提供的传递标准法，以一台通过计量的连续波场强仪作为标准传感器进行校准。
基于GTEM室的频域测试配置图如图5以及图6a-图6b所示。标准信号源输出信号由功率放大器放大后经耦合器输入GTEM室，同时由脉冲传感器和连续波场强仪测试信号，脉冲传感器通过光纤连接到光接收机，再通过同轴电缆连接到频谱仪进行显示。连续波场强仪通过光纤连接到外部计算机，通过相关软件显示场强仪测试结果。标准信号源和功放在GTEM室内产生平面波，由连续波场强仪和脉冲传感器同时测试。脉冲传感器和场强仪在GTEM室芯板下方平行放置，两者之间有一定距离，相互间的干扰可忽略，在测试中认为脉冲传感器和场强仪所处位置的电场强度相等，输入一个标准信号即可得到脉冲传感器和标准场强仪测试结果的对应关系。以连续波场强仪的读数(已计量)为标准，调节信号源输出功率，使场强保持一个定值，更换频点，读取脉冲测量系统输出幅值。
在300MHz～1GHz频段，由于GTEM室内高次模增多，为了提高场均匀性，采用暗室测试方法，其测试配置如图7所示。标准信号经功率放大器放大后由天线辐射，天线采用对数周期天线，极化方式为垂直极化。场强仪和脉冲传感器放置在天线正前方(主波束方向)，处于同一水平位置，与天线距离相等，在测试中认为脉冲传感器和场强仪所处位置的电场强度相等。传感器天线极化方向与对数周期天线极化方向相一致，脉冲传感器的输出端连接光电接收机，光电转换后由频谱仪读取测试结果。以连续波场强仪的读数(已计量)为标准，调节信号源输出功率，使场强保持一个定值，更换频点，读取脉冲测量系统输出幅值。
(2)时域校准
时域校准主要测试宽带电磁脉冲电场测试系统时域脉冲的线性度、灵敏度系数、测量范围等参数。
时域校准方法采用IEEE Std 1309-2005提供的标准场法，即使用可计算的场强进行校准，将待校准的传感器放置于一个参考场中，该参考场在校准工作涉及的频带范围内，可以通过对其几何尺寸和形状进行计算并结合测量得到的输入参数而获得。
由于校准时需要的参考场电场强度的范围是否满足100V/m～50kV/m的指标要求，基于实验室现有的条件，一套脉冲源在精度和量程上无法满足整个范围内的测试，因此需要分为低场强测试和高场强测试分别进行。
低场强时，采用方波脉冲场作为参考场，方波脉冲场产生装置由方波源和GTEM室组成，方波源输出脉冲幅度范围是0～4kV，输出脉冲前沿时间小于1ns，脉宽10ns～1000ns，在GTEM室内产生场强较低的方波脉冲场。试验配置如图8a-图8b所示。
测试时，将待测电场传感器置于GTEM室芯板与底板之间的中部，通过传输光纤连接到GTEM室外的光接收机，光接收机输出的场波形信号通过同轴线连接到示波器显示。通过调节方波源的输出幅度和探头的位置来调节测量区场强大小，从示波器上读取测量波形幅值。
高场强时，采用双指数脉冲场作为参考场，试验配置如图9所示。脉冲场产生装置由双指数脉冲源和平行板传输线组成，在平行板传输线内产生场强较高的双指数脉冲场。双指数脉冲源输出脉冲幅度峰值最高可达50kV，前沿约2ns，脉宽约25ns。平行板传输线平行段的高度是0.6m，所以在平行板传输线内产生的脉冲峰值场强在80kV/m以上，该方法可测高场强时探头的响应。
测试时，将待测电场传感器置于平行板传输线平行段的中部，通过传输光纤连接到平行板传输线外部的光接收机，光接收机输出的场波形信号通过同轴线连接到示波器显示。通过调节双指数脉冲源的输出幅度来调节测量区场强大小，从示波器上读取测量波形幅值。
时域校准时，GTEM室中或平行板传输线中场强大小按以下公式进行计算：
式中，U为脉冲源电压(以实测为准)；GTEM室中，h为芯板与底板之间的距离；平行板传输线中，h为平行段上下极板之间的距离，本项测试使用的平行板上下极板的距离为0.6m。
(3)测试结果
3-1)模拟通带频域响应测试
根据以上的频域校准方案，分别对弱场探头和强场探头在100kHz～1GHz频率范围内的频域响应进行测试，弱场探头测试时，电场强度为30V/m，强场探头测试时，电场强度为50V/m，按照标准场强计校准频点进行测试，其测试结果如图10a-图10b所示，响应平坦度满足3dB的要求。
3-2)测量电场幅度范围时域测试
根据以上的时域校准方案，分别采用方波脉冲场和双指数脉冲场对系统的测量范围进行了测试，测试结果如图11a-图11b所示所示。弱场探头的线性拟合相关系数为99.76％，测量线性范围为13V/m～680V/m；强场探头的线性拟合度相关系数99.98％，测量线性范围为645V/m～132kV/m。由以上的测量及分析结果可以得出：整个系统测量电场幅度范围为13V/m～132kV/m。
Claims (10)
1.一种小型化电磁脉冲场测试探头，其特征在于：包括金属屏蔽壳体(1)和绝缘套管(2)，所述金属屏蔽壳体(1)通过绝缘套管(2)分为左右两部分，所述绝缘套管(2)的一端设置有向外延伸的凸环，所述凸环插入到所述金属屏蔽壳体(1)的左半部分内，且所述绝缘套管(2)的凸环以外的部分插入到所述金属屏蔽壳体(1)的右半部分内，电池(3)和电光转换电路(4)位于左半部分屏蔽壳体内，半导体激光器(5)位于所述绝缘套管(2)内，左右分离的两部分屏蔽壳体构成电小单极子天线，左部分金属屏蔽壳体相当于电小单极子天线的接地平面，右部分金属屏蔽壳体相当于电小单极子天线，导线(6)的一端与光电转换电路(4)的输入端电连接，导线(6)的另一端经过所述绝缘套管(2)上的通孔引出后与所述电小单极子天线电连接，该输入端即为天线的馈电点，用于感应外界的弱电磁脉冲场信号；通过所述电磁脉冲场测试探头的电小单极子天线感应到的信号传送给所述电光转换电路进行处理，处理后的光信号通过半导体激光器输出，完成电场信号到光信号的直接电光调制。
2.一种小型化电磁脉冲场测试探头，其特征在于：包括金属屏蔽壳体(1)和绝缘套管(2)，所述绝缘套管的一端设置有向外延伸的凸环，所述凸环插入到所述金属屏蔽壳体(1)内，电池(3)和电光转换电路(4)位于屏蔽壳体内，半导体激光器(5)位于所述绝缘套管(2)内，所述金属屏蔽壳体(1)相当于单极子天线的接地平面，导线(6)的一端与光电转换电路(4)的输入端电连接，导线(6)的另一端经过所述绝缘套管(2)上的通孔后引出所述绝缘套管，且导线不与金属屏蔽壳体接触，所述导线(6)作为强场探头的电小单极子天线，用来接收外界的强电场信号，通过调节该导线(6)的长度来调整强场探头的动态范围；通过所述电小单极子天线感应到的信号传送给电容分压电路之后再经过所述电光转换电路进行处理，处理后的光信号通过半导体激光器输出，完成电场信号到光信号的直接电光调制。
3.如权利要求2所述的小型化电磁脉冲场测试探头，其特征在于：所述分压电路为一个并联在接收天线输入端和地之间的电容C3，通过调节电容C3的容值，可以进一步提高强场探头的动态范围。
4.如权利要求1或2所述的小型化电磁脉冲场测试探头，其特征在于：所述电光转换电路(4)包括天线，所述天线的一端与下半部分屏蔽壳体连接，所述天线的另一端与耦合电容C1的一端相连，所述电容C1的另一端分为两路，第一路与场效应管Q1的栅极连接，第二路经电阻R1接地，所述场效应管Q1的漏极分为两路，第一路接电源VDD，第二路经电容C2接地，所述场效应管Q1的源极经经电阻RS后与半导体激光器U1的电源输入端连接，所述半导体激光器U1的接地端接地。
5.如权利要求4所述的小型化电磁脉冲场测试探头，其特征在于：所述场效应管使用NE72218型场效应管；所述场效应管Q1、电容C1-C2、电阻R1以及电阻RS均采用贴片封装。
6.如权利要求4所述的小型化电磁脉冲场测试探头，其特征在于：
所述探头感应电压信号的下限频率fL为：
其中R1为电阻R1的阻值，C1为电容C1的容值。
7.如权利要求4所述的小型化电磁脉冲场测试探头，其特征在于：探头的上限频率fH为：
fH＜＜c/h (2)
其中，c为光速，h为充当电小单极子天线的上部分屏蔽壳体的长度。
8.如权利要求1或2所述的小型化电磁脉冲场测试探头，其特征在于：所述绝缘套管(2)与所述半导体激光器(5)之间设置有激光器支撑套筒(7)，用于支撑所述半导体激光器(5)。
9.一种电磁脉冲场测试系统，其特征在于包括如权利要求1-8中任意一项所述的小型化电磁脉冲场测试探头，还包括光接收机以及示波器，所述小型化电磁脉冲场测试探头的光信号输出端与所述光接收机的信号输入端连接，所述光接收机的信号输出端与示波器的信号输入端连接。
10.如权利要求9所述的电磁脉冲场测试系统，其特征在于：所述小型化电磁脉冲场测试探头的光信号输出端通过光纤以及光纤接头与所述光接收机的信号输入端连接。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110342301.2A CN113092877A (zh) | 2021-03-30 | 2021-03-30 | 小型化电磁脉冲场测试探头及测试系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110342301.2A CN113092877A (zh) | 2021-03-30 | 2021-03-30 | 小型化电磁脉冲场测试探头及测试系统 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113092877A true CN113092877A (zh) | 2021-07-09 |
Family
ID=76671442
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110342301.2A Pending CN113092877A (zh) | 2021-03-30 | 2021-03-30 | 小型化电磁脉冲场测试探头及测试系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113092877A (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114217141A (zh) * | 2021-10-29 | 2022-03-22 | 江铃汽车股份有限公司 | 车辆电磁兼容测试方法、系统、存储介质及测试设备 |
| CN115267361A (zh) * | 2022-08-11 | 2022-11-01 | 西北核技术研究所 | 一种电极天线一体化的分体式光学三维脉冲电场探测器 |
| CN116660671A (zh) * | 2023-07-28 | 2023-08-29 | 北京芯可鉴科技有限公司 | 宽频瞬态干扰测量影响因素验证方法及装置 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1877348A (zh) * | 2006-07-10 | 2006-12-13 | 中国舰船研究设计中心 | 瞬变强电磁脉冲测试装置 |
| CN105425051A (zh) * | 2015-11-11 | 2016-03-23 | 西北核技术研究所 | 一种宽频带脉冲电场测试探头 |
| CN108872717A (zh) * | 2018-03-28 | 2018-11-23 | 中国人民解放军63653部队 | 一种小型瞬态脉冲电场测量系统 |
| CN110672931A (zh) * | 2019-11-15 | 2020-01-10 | 中国人民解放军陆军工程大学 | 电磁脉冲辐射场测试探头、测试系统及测试方法 |
| CN211856738U (zh) * | 2019-11-15 | 2020-11-03 | 中国人民解放军陆军工程大学 | 电磁脉冲辐射场测试探头及测试系统 |
-
2021
- 2021-03-30 CN CN202110342301.2A patent/CN113092877A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1877348A (zh) * | 2006-07-10 | 2006-12-13 | 中国舰船研究设计中心 | 瞬变强电磁脉冲测试装置 |
| CN105425051A (zh) * | 2015-11-11 | 2016-03-23 | 西北核技术研究所 | 一种宽频带脉冲电场测试探头 |
| CN108872717A (zh) * | 2018-03-28 | 2018-11-23 | 中国人民解放军63653部队 | 一种小型瞬态脉冲电场测量系统 |
| CN110672931A (zh) * | 2019-11-15 | 2020-01-10 | 中国人民解放军陆军工程大学 | 电磁脉冲辐射场测试探头、测试系统及测试方法 |
| CN211856738U (zh) * | 2019-11-15 | 2020-11-03 | 中国人民解放军陆军工程大学 | 电磁脉冲辐射场测试探头及测试系统 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 朱长青: "脉冲电场微型传感探头的研制", 《高电压技术》 * |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114217141A (zh) * | 2021-10-29 | 2022-03-22 | 江铃汽车股份有限公司 | 车辆电磁兼容测试方法、系统、存储介质及测试设备 |
| CN114217141B (zh) * | 2021-10-29 | 2024-04-30 | 江铃汽车股份有限公司 | 车辆电磁兼容测试方法、系统、存储介质及测试设备 |
| CN115267361A (zh) * | 2022-08-11 | 2022-11-01 | 西北核技术研究所 | 一种电极天线一体化的分体式光学三维脉冲电场探测器 |
| CN116660671A (zh) * | 2023-07-28 | 2023-08-29 | 北京芯可鉴科技有限公司 | 宽频瞬态干扰测量影响因素验证方法及装置 |
| CN116660671B (zh) * | 2023-07-28 | 2023-09-22 | 北京芯可鉴科技有限公司 | 宽频瞬态干扰测量影响因素验证方法及装置 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN113092877A (zh) | 小型化电磁脉冲场测试探头及测试系统 | |
| CN110702999B (zh) | 一种强电磁脉冲屏蔽效能测试系统及方法 | |
| Kanda | Standard antennas for electromagnetic interference measurements and methods to calibrate them | |
| CN110672931A (zh) | 电磁脉冲辐射场测试探头、测试系统及测试方法 | |
| CN107918062B (zh) | 一种宽频域的瞬态空间电场测量系统及方法 | |
| CN110988774A (zh) | 电磁脉冲电场探头的校准方法及系统 | |
| CN105425051A (zh) | 一种宽频带脉冲电场测试探头 | |
| CN211856738U (zh) | 电磁脉冲辐射场测试探头及测试系统 | |
| CN208350944U (zh) | 毫米波脉冲功率放大器芯片的测试系统 | |
| CN205263204U (zh) | 瞬态电场传感器 | |
| Leferink | Fast, broadband, and high-dynamic range 3-D field strength probe | |
| CN204166055U (zh) | 用于电磁脉冲测量的电场传感器 | |
| KR20230170949A (ko) | Ic의 노이즈 내량 검출 장치 및 ic의 노이즈 내량 검출 방법 | |
| US3952245A (en) | Calibrated quadraxial system for measuring shielding transfer impedance | |
| Stuchly et al. | Implantable electric-field probes-some performance characteristics | |
| Wang et al. | The measurement method for corona discharge current under high-voltage environment | |
| CN214750773U (zh) | 用于冲击电流测量的宽频磁场传感器 | |
| CN210037989U (zh) | 一种基于偶极子天线的有源三维脉冲电场场强测量仪 | |
| CN110673076B (zh) | 脉冲电场测量系统的频率响应标定装置及方法 | |
| Sasaki et al. | Principle and application of a sensitive handy electrooptic probe for sub-100-MHz frequency range signal measurements | |
| CN106680595B (zh) | 基于集成光波导的双探针电场测量装置 | |
| CN214473634U (zh) | 一种基于分布电容分压原理的纳秒级电场测量探头 | |
| Zhang et al. | Design of electric field sensors for measurement of electromagnetic pulse | |
| CN214953811U (zh) | 超宽频全向电场测试探头 | |
| Yan et al. | Three-Dimensional Pulse Electric Field Test System with Optical Fiber |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |