CN1566969A - 高灵敏度、各向同性空间电磁波泄漏探测头 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高灵敏度、各向同性空间电磁波泄漏探测头，它由相互垂直的三个共心偶极子和三支高灵敏度的检波二极管组成天线阵。整个天线阵封闭在聚乙烯材料制成的探头罩内，用六芯屏蔽线将三组信号引出。由于其特殊的结构，此探头具有各向同性的特点，在测量空间电磁波泄漏时毋须转动探头；它不仅能探测连续波源的电磁波泄漏，同时解决了低重频脉冲调制辐射源的泄漏测量问题。

Description

高灵敏度、各向同性空间电磁波泄漏探测头

所属技术领域：

本发明属于电磁场技术领域，它特别涉及电磁波探测技术。

背景技术

空间电磁波泄露探测以弱电磁辐射为测试对象，是环境监测、环境保护、电磁兼容和生物电子效应等研究方向的重要研究内容之一。空间电磁波泄漏探测传感器是进行此测试的核心器件。目前空间电磁泄漏探头多采用平面二维结构，如图1所示，单极子1、2组成偶极子，检波二极管3两个管脚分别焊接在单极子1、2上，两对偶极子互相垂直组成现有的平面二维结构的空间电磁泄漏探头，测量时需转动探头取最大测试值。同时采用热电元件做敏感元件，测量灵敏度较低，且响应时间长，只能用于连续波源的泄漏测量。国外有少量探头采用三维立体结构，但至今未见完全共心正交三维探头。此类探头测量时仍需转动，因而也只能测量连续波源的泄漏。

发明内容：

本发明的目的是提供一种高灵敏度、各向同性空间电磁波泄漏探测头，它具有灵敏度高、各向同性等特点，不仅能探测连续波源的泄漏，而且能探测低重频脉冲调制辐射源的泄漏。

本发明的高灵敏度、各向同性空间电磁波泄漏探测头包括探头罩15、压环16、探头座17、手柄18，其特征是它还包括天线阵，所述的天线阵的组成是非金属底板7上有三条相互垂直的金属条4、5、6，它们均为单极子，其中，单极子5、6位于底板7的底边，单极子中心焊接检波二极管3组成第一对偶极子(5-6)；单极子4垂直于非金属底板7的底边，单极子4、5、6的延长线相交于点8，且在交点8处彼此断开绝缘，如图2所示；同样，非金属底板14上有三条金属条9、10、11，它们均为单极子，其中，单极子10、11位于底板14的底边，单极子10、11中心焊接检波二极管3组成第二对偶极子(10-11)，单极子9垂直于非金属底板14的底边，单极子10、11、9的延长线相交于点12，且在交点12处彼此断开绝缘，如图3所示；在非金属底板14的交点12处有一接口13，将非金属底板7的底边插入非金属底板14的接口13中，两块底板7、14相互垂直，且它们底边的中心(12、8)重合，由此构成三对共心且相互垂直的偶极子(空间位置处于一条直线上的两金属条构成一对偶极子)：(5-6)、(10-11)、(4-9)，如图4所示；在单极子4和9中间焊接检波二极管3，在每一对偶极子中心处均焊接了一个检波二极管3(如图2所示)；在每一对偶极子检波二极管3管脚处焊接信号引出线，并保持三个偶极子及信号线之间的绝缘；这样就组成本发明的天线阵。

将制作好的天线阵放入探头座17中，非金属底板14平放在探头座台阶19上，装上压环16并旋紧，使得天线阵固定在探头座17上；在天线阵中心(12、8)处注入低温热融胶，以固定三对偶极子的空间位置；将手柄18旋入探头座17固定，电缆穿过手柄18引出，旋上探头罩15；就组成本发明的高灵敏度、各向同性空间电磁波泄漏探测头。

需要说明的是：非金属底板7上的三条相互垂直的金属条4、5、6和非金属底板14上的三条金属条9、10、11可以采用金、银或铜；所述金属条的形状是矩型；每对偶极子中心焊接的检波二极管可以采用肖特基二极管；底板14的底边圆心处的接口13是矩型槽。

为保证高测试灵敏度，探头罩15所选用材料的电磁损耗要小，本发明探头罩15材料选用聚乙烯或聚四氟乙烯；压环16，材料为聚乙烯或聚四氟乙烯，探头座17，材料为聚乙烯或聚四氟乙烯；手柄18，材料为普通硬质塑料。

本发明的工作原理是：任何一个空间矢量都可以用三个狄卡尔坐标ix，iy，iz完整的表示。这就表明电磁场中任一点的电场E都可以通过与狄卡尔坐标重合的三个偶极子测得。根据电磁场理论知，一个已知辐射源的近场结构非常复杂，由感应场和辐射场两部分组成，其分布在大多数情况下无法用解析方法甚至数值方法获得。且与行波场最大的区别在于它的三个场分量中任何一个都不可能由其他两个分项表示出来，因此用两维探头或非共心三维探头测量时，需反复转动探头，以使电场矢量处于偶极子平面上。这就要求辐射测量探头是具有一定空间结构的三维偶极子，以此达到在任何方位均可探测出全部电场分量的目的。

当偶极子检测到空间微波信号后，经检波管检波，送入信号处理电路进行处理显示。设偶极子的有效电长度为l_eff，被测电磁场为E_x，E_y，E_z，则由天线理论知，偶极子的输出为：

${\tilde{U}}_x\∝E_x{l}_{\mathrm{effx}}$ ${\tilde{U}}_y\∝E_y{l}_{\mathrm{effy}}$ ${\tilde{U}}_z\∝E_z{l}_{\mathrm{effz}}--\left(1\right)$

在小信号条件下，经检波管后的输出：

$U_x\∝E_x^2{l}_{\mathrm{effx}}^2$ $U_y\∝E_y^2{l}_{\mathrm{effy}}^2$ $U_z\∝E_z^2{l}_{\mathrm{effz}}^2--\left(2\right)$

由电磁场理论中定理： $\left|\stackrel{\→}{S}\right|\∝E^2$ (S为能流密度)(3)所以：    U_x∝S_x    U_y∝S_y    U_z∝S_z            (4)在此条件下可将探头的三路输出信号调理后直接合成显示，其数据校正后为被测电磁场能流密度：

U＝U_x+U_y+U_z    S＝S_x+S_y+S_z

∴  U∝S

根据上述分析，在与三个偶极子对应的三路信号处理电路完全匹配情况下，全共心正交三维探头可以无需任何转动，直接测出被测场。配合快速响应传感器，信号处理电路和最大值保持电路，可以解决低重频脉冲调制辐射源的微波泄漏检测问题。

本发明的有益效果是用共心正交三维立体探头测量空间辐射场勿需转动探头，具有高的测量精度和灵敏度，同时解决了低重频脉冲调制源泄漏测量问题。

附图说明：

图1是一对偶极子、检波管基本结构和连接关系示意图

其中，1、2是单极子，(1-2)构成偶极子，3是检波二极管；

图2是天线阵中一块非金属底板的结构示意图

其中，4、5、6是单极子，它们互相垂直，(5-6)构成偶极子，7是非金属底板，8是单极子4、5、6的延长线相交点；

图3是天线阵中另一块非金属底板的结构示意图

其中，9、10、11是单极子，它们互相垂直，(10-11)构成偶极子，14是非金属底板，12是单极子9、10、11的延长线相交点，13是位于12点处的接口；

图4是天线阵立体结构示意图

其中，X、Y、Z代表三个坐标轴，在X-Y平面有两对互相垂直的偶极子(4-9)、(10-11)，在Y-Z平面有一对偶极子(5-6)，三对偶极子(4-9)、(10-11)、(5-6)两两互相垂直且正交与点8(或12)；

图5为本发明一个实施例的探头纵剖面构造图(不含天线阵)

其中，15为探头罩，16为压环，17为探头座，18为手柄，19为放置天线阵的台阶。

具体实施方式

天线阵的组成是在半圆薄板14的底边圆心处12开一矩型槽13，将三角型薄板7的底边插入半圆薄板14的底边槽13中，使两块薄板相互垂直，且底边的中心(8、12)重合，半圆薄板14和三角型薄板7上分别刻蚀有三条相互垂直的矩型铜条，分布位置如图2、3所示；由此构成三对共心且相互垂直的偶极子(空间位置处于一条直线上的两矩型铜条构成一对偶极子)。在每一对偶极子中心处焊接肖特基二极管及信号引出线，并注意保持三个偶极子及信号线之间的绝缘，如图4所示。

如图5所示，将制作好的天线阵放入探头座17中，半圆薄板14平放在探头座台阶19上，装上压环16并旋紧，使得天线阵固定在探头座17上；在天线阵中心位置注入低温热融胶，固定三个检波管位置及偶极子的空间位置，彼此绝缘；将手柄18旋入探头座17固定，电缆采用六芯屏蔽线穿过手柄18引出，旋上探头罩15。这样，就组成本发明的高灵敏度、各向同性空间电磁波泄漏探测头。

Claims (4)

1、一种高灵敏度、各向同性空间电磁波泄漏探测头，包括探头罩(15)、压环(16)、探头座(17)、手柄(18)，其特征是它还包括天线阵，所述的天线阵的组成是：非金属底板(7)上有三条相互垂直的金属条(4)、(5)、(6)，它们均为单极子，其中，单极子(5)、(6)位于底板7的底边，单极子中心焊接检波二极管(3)组成第一对偶极子(5-6)；单极子(4)垂直于非金属底板(7)的底边，单极子(4)、(5)、(6)的延长线相交于点(8)，且在交点(8)处彼此断开绝缘；同样，非金属底板(14)上有三条金属条(9)、(10)、(11)，它们均为单极子，其中，单极子(10)、(11)位于底板(14)的底边，单极子(10)、(11)中心焊接检波二极管(3)组成第二对偶极子(10-11)，单极子(9)垂直于非金属底板(14)的底边，单极子(10)、(11)、(9)的延长线相交于点(8)，且在交点(8)处彼此断开绝缘；在非金属底板(14)的交点(12)处有一接口(13)，将非金属底板(7)的底边插入非金属底板(14)的接口(13)中，两块底板(7)、(14)相互垂直，且它们底边的中心(12、8)重合，由此构成三对共心且相互垂直的偶极子(空间位置处于一条直线上的两金属条构成一对偶极子)：(5-6)、(10-11)、(4-9)；在单极子(4)和(9)中间焊接检波二极管(3)，这样在每一对偶极子中心处均焊接了一个检波二极管(3)；在每一对偶极子检波二极管(3)管脚处焊接信号引出线，并保持三个偶极子及信号线之间的绝缘；这样就组成本发明的天线阵。

2、根据权利要求1所述的一种高灵敏度、各向同性空间电磁波泄漏探测头，其特征是所述的非金属底板(7)金属条(4)、(5)、(6)和非金属底板(14)上的金属条(9)、(10)、(11)可以采用金、银或铜；所述金属条的形状是矩型。

3、根据权利要求1所述的一种高灵敏度、各向同性空间电磁波泄漏探测头，其特征是所述的非金属底板底(14)的底边圆心处的接口(13)是矩型槽。

4、根据权利要求1所述的一种高灵敏度、各向同性空间电磁波泄漏探测头，其特征是所述的非金属底板(7)的形状三角型；所述的非金属底板(14)的形状是半圆型。

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