CN203858313U - 真空低温辐射敏感度电磁兼容试验系统及测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种真空低温辐射敏感度电磁兼容试验系统，包括天线、电子学系统、实验室电源、监控系统和测试装置，测试装置包括真空罐、真空泵和温控设备，真空罐包括不锈钢罐体和透波玻璃窗，透波玻璃窗安装在不锈钢罐体的一端；真空泵连通真空罐，对真空罐抽真空；温控设备连通真空罐，对真空罐进行低温或升温控制。测试装置中容置探测器，探测器电性连接电子学系统，实验室电源为电子学系统提供电源，监控系统电性连接电子学系统，天线对应测试装置，并靠近透波玻璃窗。本实用新型的测试装置采用真空罐，以容置探测器，并通过真空泵对该真空罐进行抽真空，通过温控设备将真空罐内部控制在低温环境下，使得探测器处于真空低温的测试环境中。

Description

真空低温辐射敏感度电磁兼容试验系统及测试装置

技术领域

本实用新型涉及辐射敏感度电磁兼容试验领域，尤其与辐射敏感度电磁兼容试验中使用的测试装置的结构有关。

背景技术

由于国内空间天文观测发展较晚，使用的探测器(或称传感器或探头)在复杂空间环境和对应地面环境测试中的研究较少，未来发展空间大。随着我国科学卫星的大力发展，硬X射线调制望远镜卫星(简称：HXMT)等空间天文科学卫星的研制和一批预研项目的开展，X射线类探测器的空间应用越来越多。此外，其他波段(如红外、可见光、伽玛射线等)的天文观测卫星也在研究中。天文望远镜的共同特点在于：都是接收太空中的微弱信号进行研究，因此，探测器和相关的前端电子学为了减少热噪声，往往工作在较低的温度下。另外，卫星上的电子设备种类繁杂，其中装载的发出强电磁波的天线往往容易对其他设备，特别是弱信号的探测器设备电子学形成干扰。

辐射类的电磁兼容试验是指：检验多种仪器在共同的电磁空间中工作时，通过辐射过程(相对传导)产生的相互之间的电磁影响。电磁兼容试验(EMC)是进行空间探测的有效载荷发射前必须进行的试验。有效载荷需要经过严格的地面检测，以满足卫星设备间电磁环境相互兼容的需要。HXMT卫星中的低能X射线探测器的性能只有在低温(低于-30℃)和真空的情况下才能进行检测。目前的常规EMC实验室，只能提供常温常压下的测试环境；GJB152A-97《军用设备和分系统电磁发射和敏感度测量》也只对常规的检测方法进行了规范和说明。因此判断X射线探测器与卫星发射机等强电磁场源的兼容性问题，需要研制有针对性的测试设备并且探索相应的测试方法。

实用新型内容

针对现有技术中存在的问题，本实用新型的目的为提供一种能够提供真空、低温测试环境的真空低温辐射敏感度电磁兼容试验系统及测试装置。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种真空低温辐射敏感度电磁兼容试验用的测试装置，包括：

真空罐，所述真空罐包括不锈钢罐体和透波玻璃窗，所述透波玻璃窗安装在所述不锈钢罐体的一端；

真空泵，所述真空泵连通所述真空罐，对所述真空罐抽真空；

温控设备，所述温控设备连通所述真空罐，对所述真空罐进行低温或升温控制。

进一步，还包括支架，所述支架支撑所述真空罐。

进一步，所述温控设备连接设置有制冷板，所述制冷板容置于所述真空罐中。

进一步，所述真空罐与所述透波玻璃窗相对的一端上设置有电连接器。

进一步，所述真空泵通过真空波纹管连通所述真空罐。

进一步，所述真空罐为圆柱罐体。

为实现上述目的，本实用新型还提供如下技术方案：

一种真空低温辐射敏感度电磁兼容试验系统，包括天线、电子学系统、实验室电源和监控系统，还包括如上所述的测试装置，所述测试装置中容置探测器，所述探测器电性连接所述电子学系统，所述实验室电源为所述电子学系统提供电源，所述监控系统电性连接所述电子学系统，所述天线对应所述测试装置，并靠近所述透波玻璃窗。

进一步，所述实验室电源与所述电子学系统之间还连接设置有线路阻抗稳定网络。

进一步，还包括试验台，所述测试装置、电子学系统和线路阻抗稳定网络均设置在所述试验台上。

进一步，所述监控系统设置在一具有屏蔽墙的测试屋内，所述天线、测试装置、电子学系统、线路阻抗稳定网络、试验台和实验室电源设置在一暗室中。

本实用新型与现有技术相比，本实用新型的测试装置采用真空罐，以容置探测器，并通过真空泵对该真空罐进行抽真空，通过温控设备将真空罐内部控制在低温环境下，使得探测器处于真空低温的测试环境中，保证辐射敏感度电磁兼容试验效果。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明：

图1为本实用新型的真空低温辐射敏感度电磁兼容试验系统结构示意图；

图2为本实用新型的真空低温辐射敏感度电磁兼容试验用的测试装置结构示意图；

图3为石英玻璃的吸收损耗示意图；

图4为垂直极化时透过率与入射角的关系示意图；

图5为水平极化透过率与入射角的关系示意图；

图6为不锈钢的屏蔽效能估算结果示意图。

具体实施方式

体现本实用新型特征与优点的典型实施例将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本实用新型能够在不同的实施例上具有各种的变化，其皆不脱离本实用新型的范围，且其中的说明及附图在本质上是当作说明之用，而非用以限制本实用新型。

如图1所示，本实用新型的真空低温辐射敏感度电磁兼容试验系统包括天线6、试验台7、测试装置1、电子学系统2、线路阻抗稳定网络3、实验室电源4和监控系统5，测试装置1、电子学系统2和线路阻抗稳定网络3均设置在试验台7上。监控系统5设置在一具有屏蔽墙91的测试屋9内，天线6、测试装置1、电子学系统2、线路阻抗稳定网络3、试验台7和实验室电源4设置在一暗室8中。测试装置1中容置探测器10，探测器10电性连接电子学系统2，实验室电源4为电子学系统2提供电源，线路阻抗稳定网络3设置在实验室电源4与电子学系统2之间，监控系统5电性连接电子学系统2，天线6对应测试装置1，并靠近测试装置1的透波玻璃窗12的一端(参考图2所示)。

如图2所示，本实用新型的真空低温辐射敏感度电磁兼容试验用的测试装置1包括真空罐11、真空泵13、温控设备14、支架15、制冷板17和电连接器18。真空罐11为圆柱罐体，真空罐11包括不锈钢罐体和透波玻璃窗12，透波玻璃窗12安装在不锈钢罐体的一端。真空泵13通过真空波纹管16连通真空罐11，对真空罐11抽真空。温控设备14连接设置有制冷板17，制冷板17容置于真空罐11中，温控设备14对真空罐11进行低温或升温控制。支架15支撑真空罐11，以便于将测试装置1放置于试验台7上。电连接器16设置在真空罐11与透波玻璃窗12相对的一端上，作为试验探头插入口。

本实用新型的测试装置1符合GJB152测试频段且满足低温真空环境测试，可方便地携带至暗室8中进行测试。本实用新型符合RS103电磁辐射敏感度的测量，10k-40G Hz(GJB152A-97《军用设备和分系统电磁发射和敏感度测量》。本实用新型适用较小的受试设备(简称：EUT)，特别体积为：10cm×10cm×2cm及以下的物件。本实用新型真空罐11采用氦脉冲制冷最低可达到-100℃，采用常规半导体制冷时，可达到-30℃。本实用新型快速便捷，因真空罐11容积较小，空载时，抽真空时间不超过2个小时，即可到达10-3Pa以下，带有负载时不超过3个小时。

本实用新型的测试装置中真空罐11具备4个特性，具体如下：

1.真空罐11的设计包含对电磁波的透射和反射。要求透波玻璃窗12对电磁波的衰减尽量小，选择石英玻璃材料为较佳；罐体11的主体部分采用不锈钢，对材料的电导率和磁导率无特殊要求。

石英玻璃，介电系数为：3.7；相对磁导率为：1。

玻璃的透过率计算中，假设石英玻璃相对磁导率μ_r＝1；介电常数的实部：∈′＝4；虚部为∈″＝0.02.即损耗角正切tanδ＝0.01(理论上，随频率变化，因此计算中取最大值考虑)；厚度为0.012m。

1).吸收损耗

根据平面电磁场理论，无界均匀有耗煤质中电磁波的损耗为：

$a=\mathrm{\ω}\·\sqrt{\mathrm{\μ}\·\∈\·[\sqrt{1+({\∈}^{\″}/{\mathrm{\ϵ}}^{\′})2}-1]}/2$

其中ω为角频率，

根据GJB152A中的RS103规定，计算10k-40GHz，

石英玻璃的对电磁波的衰减，如图3所示：可见玻璃本身的吸收损耗是很小的。

2).反射损耗

根据菲涅尔定律。

$\mathrm{tc}=\frac{{2Z}_2\·\cos \left({\mathrm{\θ}}_i\right)}{Z_2\·\cos \left({\mathrm{\θ}}_i\right)+Z_1\·\cos \left({\mathrm{\θ}}_t\right)}$

式中Z₁，Z₂分别为空气和石英玻璃的波阻抗。

θ_i，θ_t分别为全透射时入射角和透射角。

如图4、图5所示，选择不同的入射角对透过率有影响，试验中选择的入射角为0°。

不锈钢的相对电导率约为：0.6；相对磁导率为：>1；无特殊要求。不锈钢罐体11的屏蔽与反射：如图6所示，全封闭不锈钢腔体的屏蔽效能随频率略有变化，根据金属材料的屏蔽效能计算公式得出，在10kHz-40GHz的范围内，最低可达60DB，即基本可反射所有电磁波。

2.真空罐11具有良好的密闭性，真空度可达10-3Pa以下。

同时，选择电连接器的需保证直径>30cm，适合于场强仪试验探头从外部穿出，进行场强测试。

3.整个真空罐11采用三段式设计，透波玻璃窗12和其他部件均可单独拆卸，方便试验测试部件(即EUT设备等)与试验探头连接。

4.防止在特定的频率下产生谐振，导致的真空罐11罐内场强不均匀的问题，因此将待测部件10(探测器)放在尽可能靠近透波玻璃窗12的地方。

另外，制冷板17采用金属材料，易与真空罐11的后板之间形成谐振，因此在两者之间不放置电子部件和导线。

EMC试验的方法，分为4步，具体如下：

1.试验环境的布置；

所有测试设备均放置在标准测试暗室8中，其中，测试装置1放置在试验台7上靠近边缘的位置，天线6正对真空罐11。而且，需对线缆采用铜屏蔽的方式。

2.内部场强标定真空罐11罐内环境

原理：采用相同位置对比法，保证EUT受到场强与之前探头处受到的相同。将场强检测探头(探测器)单独放入真空罐11中，进行罐内场强的实时测量。

实施现场校准：

放置天线6于合适的位置，保证场强探头位于和EUT测试时相同的位置，调节天线6的场强，使场强测试探头接收到的场强，符合GJB152所要求值，如果场强过强或过弱时，均可调节天线6的强度和位置等。

实时记录场强探头的监测值，同时记录天线的型号、距离真空罐11的长度、高度和强度等。

3.对被测部件10进行测试

通过放在测试屋的监控系统，实时记录测试数据，证明探测器10受到的场强符合GJB152和航天的要求。

4.测试后，设备整理与结果分析

真空罐11进行先升温再升气压的方法，待罐内环境恢复到常温常压，可取出EUT完成测试。

本实用新型与现有技术相比，本实用新型的测试装置采用真空罐11，以容置探测器10，并通过真空泵13对该真空罐11进行抽真空，通过温控设备14将真空罐11内部控制在低温环境下，使得探测器10处于真空低温的测试环境中，保证辐射敏感度电磁兼容试验效果。

本实用新型的技术方案已由优选实施例揭示如上。本领域技术人员应当意识到在不脱离本实用新型所附的权利要求所揭示的本实用新型的范围和精神的情况下所作的更动与润饰，均属本实用新型的权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种真空低温辐射敏感度电磁兼容试验用的测试装置，其特征在于，包括：

真空罐，所述真空罐包括不锈钢罐体和透波玻璃窗，所述透波玻璃窗安装在所述不锈钢罐体的一端；

真空泵，所述真空泵连通所述真空罐，对所述真空罐抽真空；

温控设备，所述温控设备连通所述真空罐，对所述真空罐进行低温或升温控制。

2.如权利要求1所述的真空低温辐射敏感度电磁兼容试验用的测试装置，其特征在于，还包括支架，所述支架支撑所述真空罐。

3.如权利要求1所述的真空低温辐射敏感度电磁兼容试验用的测试装置，其特征在于，所述温控设备连接设置有制冷板，所述制冷板容置于所述真空罐中。

4.如权利要求1所述的真空低温辐射敏感度电磁兼容试验用的测试装置，其特征在于，所述真空罐与所述透波玻璃窗相对的一端上设置有电连接器。

5.如权利要求1所述的真空低温辐射敏感度电磁兼容试验用的测试装置，其特征在于，所述真空泵通过真空波纹管连通所述真空罐。

6.如权利要求1所述的真空低温辐射敏感度电磁兼容试验用的测试装置，其特征在于，所述真空罐为圆柱罐体。

7.一种真空低温辐射敏感度电磁兼容试验系统，包括天线、电子学系统、实验室电源和监控系统，其特征在于，还包括如权利要求1-6任一所述的测试装置，所述测试装置中容置探测器，所述探测器电性连接所述电子学系统，所述实验室电源为所述电子学系统提供电源，所述监控系统电性连接所述电子学系统，所述天线对应所述测试装置，并靠近所述透波玻璃窗。

8.如权利要求7所述的真空低温辐射敏感度电磁兼容试验系统，其特征在于，所述实验室电源与所述电子学系统之间还连接设置有线路阻抗稳定网络。

9.如权利要求8所述的真空低温辐射敏感度电磁兼容试验系统，其特征在于，还包括试验台，所述测试装置、电子学系统和线路阻抗稳定网络均设置在所述试验台上。

10.如权利要求9所述的真空低温辐射敏感度电磁兼容试验系统，其特征在于，所述监控系统设置在一具有屏蔽墙的测试屋内，所述天线、测试装置、电子学系统、线路阻抗稳定网络、试验台和实验室电源设置在一暗室中。