CN204065246U - 一种三维电场测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种三维电场测试装置，其包括：用于将空间中传播的电场能量转换为电压信号的第一接收天线、第二接收天线和第三接收天线，与第一接收天线、第二接收天线和第三接收天线对应连接的3个低噪声前置放大器，与3个低噪声前置放大器对应连接的3个射频功率检测模块，与3个射频功率检测模块连接的多通道数据采集处理模块，与多通道数据采集处理模块连接的存储器和USB接口电路，与USB接口电路连接的USB接口，与3个低噪声前置放大器、3个射频功率检测模块、多通道数据采集处理模块和存储器分别连接的供电电路，与供电电路连接的电池组，和进行外部封装的金属屏蔽壳。

Description

一种三维电场测试装置

技术领域

本实用新型涉及测试领域，更具体而言，涉及一种小型一体化的三维电场测试装置。

背景技术

随着电子技术的飞速发展，电子系统的集成度越来越高，其结构尺寸在不断缩小的同时系统内部的电磁环境也愈加复杂。在对电子系统进行电磁兼容(EMC)测试或电磁环境效应实验时，往往需要对其内部的电场分布情况进行测试，以便确定电子系统存在的主要电磁辐射源或电磁能量耦合通道。

目前，普遍采用的电场测试系统主要由实现场电转换的接收天线、负责信号传输的同轴电缆以及完成信号采集存储和显示处理的频谱分析仪(或数字示波器)等组成。在自由空间内进行电场测试时，直接利用该测试系统就可以很方便的实现电场测试；而在有限空间内，特别是在电子系统或设备的包装箱体内部等小空间内进行电场测试时，考虑到空间尺寸的限制，就需要将接收天线进行小型化设计并单独放置在被测空间内部，而将频谱分析仪(或数字示波器)等信号采集和处理设备放置在被测空间外部，两者之间通过同轴电缆进行连接。为增强测试信号在传输过程中的抗电磁干扰能力，研究人员还利用光纤代替同轴电缆将电信号转换为光信号进行信号传输。

通过以上分析可以看出，目前普遍使用的电场测试系统在测试前端(接收天线)和信号采集与处理终端(频谱分析仪或数字示波器等)之间基本上都存在着线缆连接(同轴电缆或光纤)，这在实际应用中往往就要求被测对象要提供大小合适、位置适当的孔缝来贯穿这些线缆以实现测试信号的传输。而此类孔缝在被测对象本身设计时往往并没有加以考虑，因此对于现有的、已设计完成的被测对象，特别是一些孔缝较小甚至无孔缝的小尺寸结构体来说，目前主要通过额外开孔的方法来实现信号传输线缆的贯穿，但这样一来不仅会改变被测对象原有的结构设计，还会对其内部的电场分布规律产生一定影响，从而增大测试误差。

目前，很需要一种新的电场测试装置以能够测试孔缝较小甚至无孔缝的小尺寸结构体的被测对象。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种三维电场测试装置，其特征在于，包括：用于将空间中传播的电场能量转换为电压信号的第一接收天线、第二接收天线和第三接收天线，与第一接收天线、第二接收天线和第三接收天线对应连接的3个低噪声前置放大器，与所述3个低噪声前置放大器对应连接的3个射频功率检测模块，与所述3个射频功率检测模块连接的多通道数据采集处理模块，与该多通道数据采集处理模块连接的存储器和USB接口电路，与该USB接口电路连接的USB接口，与所述3个低噪声前置放大器、所述3个射频功率检测模块、所述多通道数据采集处理模块和所述存储器分别连接的供电电路，与供电电路连接的电池组，和对3个低噪声前置放大器、3个射频功率检测模块、多通道数据采集处理模块、存储器、USB接口电路、USB接口、电池组和供电电路进行外部封装的金属屏蔽壳。

其中所述金属屏蔽壳具有正方形结构，其厚度不小于2mm。

其中所述金属屏蔽壳的边长小于10cm。

其中所述第一接收天线、所述第二接收天线和所述第三接收天线是具有相同结构的单极子天线，并且分别垂直于金属屏蔽壳中相互垂直的3个面。

其中所述第一接收天线、所述第二接收天线和所述第三接收天线的高度小于2cm。

其中所述第一接收天线、所述第二接收天线和所述第三接收天线分别通过SMA转接头与低噪声前置放大器进行连接。

其中在USB接口处安装有可拆卸的金属盖板。

其中所述存储器是FLASH存储器。

本实用新型的有益效果在于，通过将实现场电转换的测试前端和信号采集与处理终端进行小型化设计和一体化集成，该测试装置无需外接信号传输线缆就可以直接实现三维电场信号的接收、采集与存储，消除了为贯穿信号传输线缆额外开孔对被测对象和测试结果带来的不利影响，具有小型一体化结构的优点，特别适用于测试小尺寸、无孔缝结构体内部的电场分布，为实现小尺寸、无孔缝结构体内部电场分布的三维测试提供了一种新的手段。

附图说明

图1是本实用新型的三维电场测试装置的结构示意图；

图2是本实用新型的三维电场测试装置的外观示意图。

其中：1-第一接收天线；2-第二接收天线；3-第三接收天线；4-低噪声前置放大器；5-射频功率检测模块；6-多通道数据采集处理模块；7-数据存储器；8-USB接口电路；9-USB接口；10-电池组；11-供电电路；12-金属屏蔽壳；13-SMA转接头。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步说明。

图1是本实用新型的三维电场测试装置的结构示意图。如图1所示，本实用新型的三维电场测试装置包括：第一接收天线1、第二接收天线2、第三接收天线3、3个低噪声前置放大器4、3个射频功率检测模块5、多通道数据采集处理模块6、存储器7、USB接口电路8、USB接口9、电池组10、供电电路11、和金属屏蔽壳12。其中第一接收天线1、第二接收天线2和第三接收天线3用于将空间中传播的电场能量转换为电压信号，所述3个低噪声前置放大器4中的1个与第一接收天线1连接，所述3个低噪声前置放大器4中的第2个与第二接收天线2连接，所述3个低噪声前置放大器4中的第3个与第三接收天线3连接，所述3个射频功率检测模块5与所述3个低噪声前置放大器一一对应连接，即所述3个低噪声前置放大器4中的第1个与所述3个射频功率检测模块5中的第1个连接，所述3个低噪声前置放大器4中的第2个与所述3个射频功率检测模块5中的第2个连接，所述3个低噪声前置放大器4中的第3个与所述3个射频功率检测模块5中的第3个连接，所述3个射频功率检测模块5连接至多通道数据采集处理模块6，该多通道数据采集处理模块6分别连接至存储器7和USB接口电路8，该USB接口电路8还与USB接口9连接，所述电池组10与供电电路11连接，所述供电电路11还分别连接至所述3个低噪声前置放大器4、所述3个射频功率检测模块5、所述多通道数据采集处理模块6和所述存储器7，而金属屏蔽壳12对3个低噪声前置放大器4、3个射频功率检测模块5、多通道数据采集处理模块6、存储器7、USB接口电路8、USB接口9、电池组10、和供电电路11进行外部封装。

在该三维电场测试装置中，第一接收天线1、第二接收天线2和第三接收天线3组成测试前端，其功能是将空间中传播的电场能量转换为在线缆中传输的电压信号，实现场电转换。

低噪声前置放大器4用于将接收天线接收到的电压信号进行低噪声放大，进一步提高实测信号的信噪比，并将其传送到射频功率检测模块5。

射频功率检测模块5具有射频检波和放大功能，用于对低噪声前置放大器4输出的电压信号进行平方检波和整形滤波处理，其输出信号是随输入信号的功率大小变化的电压信号，该信号被传送到多通道数据采集处理模块6。

多通道数据采集处理模块6用于采集和处理3个射频功率检测模块5分别输出的3路电压信号，其通过A/D转换将电压信号转换为数字量并通过串行传输传送到存储器7以进行数据存储。

存储器7可以采用FLASH存储器，其具有大容量和串行接口体系结构的优点，优选存储容量在32兆以上。

多通道数据采集处理模块6与存储器7和USB接口电路8的连接关系，以及USB接口电路8与USB接口9的连接关系，使得外部设备可以通过USB接口9对存储器7中保存的数据进行读取，与方便对被测对象内部的电场分布情况进行分析，以便确定被测对象存在的主要电磁辐射源或电磁能量耦合通道。另外，外部设备还可以通过USB接口9和USB接口电路8对多通道数据采集处理模块6进行调试、控制和功能设定。

电池组10与供电电路11连接并通过该供电电路为所述3个低噪声前置放大器4、所述3个射频功率检测模块5、所述多通道数据采集处理模块6和所述存储器7进行供电。从缩小电场测试装置的整体尺寸、增加工作时间的角度考虑，电池组10应选用体积小、容量大的聚合物电池。

供电电路11用于通过进行升压、降压和稳压处理等为不同的电路模块提供合适的输出电压和输出电流。

以上所述各电路功能模块优选采用尺寸小、集成度高的贴片式电子器件或集成芯片构成，以实现测试装置的集成化、小型化设计。

图2是本实用新型的三维电场测试装置的外观示意图，所述金属屏蔽壳12优选具有正方形结构，优选采用厚度不小于2mm的金属铝制成，用于提供抗电磁干扰能力。如图2所示，为便于后期的数据读取，在USB接口9处应预留开孔用于安装可拆卸式金属盖板。第一接收天线1、第二接收天线2和第三接收天线3是具有相同结构的单极子天线，它们分别垂直于金属屏蔽壳12中相互垂直的3个面，形成与空间三维坐标相对应的结构体系，从而实现对空间电场的三维测试。为便于接收天线的安装和更换，优选第一接收天线1、第二接收天线2和第三接收天线3分别通过SMA转接头13与处于金属屏蔽壳12内部的低噪声前置放大器4进行连接。为满足小空间内三维电场的测试需求，金属屏蔽壳12的边长应控制在10cm以下，接收天线的高度应控制在2cm以下。

本实用新型的三维电场测试装置的工作原理是：利用3组具有相同结构的接收天线，构成与空间三维坐标相对应的结构体系，将空间中传播的三维电场信号转换为线缆中传输的3组电压信号，从而实现场电转换；利用低噪声前置放大器对该电压信号进行低噪声放大，进一步提高其信噪比，并传送到射频功率检测模块进行射频检波，输出随输入信号功率大小变化的3组电压信号，实现对空间三维电场的测试；该电压信号被传送到多通道数据采集处理模块进行A/D转换和数据处理。

上述的部件通过一体化集成设计封装在一个金属屏蔽壳体内，统一利用内置电池组进行供电，并通过采用尺寸小、集成度高的贴片式电子器件或集成芯片来控制整个测试装置的尺寸，以实现测试装置的集成化、小型化设计。

本实用新型的三维电场测试装置具有小型一体化结构的优点，无需外接信号传输线缆就可以直接实现三维电场信号的接收、采集与存储，消除了为贯穿信号传输线缆额外开孔对被测对象和测试结果带来的不利影响，特别适用于测试小尺寸、无孔缝结构体内部的电场分布。

以上所述为用以解释本实用新型的较佳实施例而已，本实用新型不应该局限于该实施例和附图所公开的内容。凡是不脱离本实用新型所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本实用新型保护的范围。

Claims (8)

1.一种三维电场测试装置，其特征在于，包括：用于将空间中传播的电场能量转换为电压信号的第一接收天线、第二接收天线和第三接收天线，与第一接收天线、第二接收天线和第三接收天线对应连接的3个低噪声前置放大器，与所述3个低噪声前置放大器对应连接的3个射频功率检测模块，与所述3个射频功率检测模块连接的多通道数据采集处理模块，与该多通道数据采集处理模块连接的存储器和USB接口电路，与该USB接口电路连接的USB接口，与所述3个低噪声前置放大器、所述3个射频功率检测模块、所述多通道数据采集处理模块和所述存储器分别连接的供电电路，与供电电路连接的电池组，和对3个低噪声前置放大器、3个射频功率检测模块、多通道数据采集处理模块、存储器、USB接口电路、USB接口、电池组和供电电路进行外部封装的金属屏蔽壳。

2.根据权利要求1所述的三维电场测试装置，其特征在于，所述金属屏蔽壳具有正方形结构，其厚度不小于2mm。

3.根据权利要求1所述的三维电场测试装置，其特征在于，所述金属屏蔽壳的边长小于10cm。

4.根据权利要求1所述的三维电场测试装置，其特征在于，所述第一接收天线、所述第二接收天线和所述第三接收天线是具有相同结构的单极子天线，并且分别垂直于金属屏蔽壳中相互垂直的3个面。

5.根据权利要求1所述的三维电场测试装置，其特征在于，所述第一接收天线、所述第二接收天线和所述第三接收天线的高度小于2cm。

6.根据权利要求1所述的三维电场测试装置，其特征在于，所述第一接收天线、所述第二接收天线和所述第三接收天线分别通过SMA转接头与低噪声前置放大器进行连接。

7.根据权利要求1所述的三维电场测试装置，其特征在于，在USB接口处安装有可拆卸的金属盖板。

8.根据权利要求1所述的三维电场测试装置，其特征在于，所述存储器是FLASH存储器。