RU2013781C1 - Device for measurement of parameters of electromagnetic pulse - Google Patents

Device for measurement of parameters of electromagnetic pulse Download PDF

Info

Publication number
RU2013781C1
RU2013781C1 SU4932309A RU2013781C1 RU 2013781 C1 RU2013781 C1 RU 2013781C1 SU 4932309 A SU4932309 A SU 4932309A RU 2013781 C1 RU2013781 C1 RU 2013781C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
electrodes
electrode
line
transmission line
dielectric material
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Я.Г. Свекис
А.А. Соколов
К.Ю. Сахаров
Original Assignee
Свекис Янис Гунтисович
Соколов Александр Александрович
Сахаров Константин Юрьевич
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Свекис Янис Гунтисович, Соколов Александр Александрович, Сахаров Константин Юрьевич filed Critical Свекис Янис Гунтисович
Priority to SU4932309 priority Critical patent/RU2013781C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2013781C1 publication Critical patent/RU2013781C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)

Abstract

FIELD: measurement technology. SUBSTANCE: device has primary measurement converter in the form of section of two-wire transmission line-asymmetric strip line. Second electrode has variable height along line which is calculated in agreement with given dependence. Height of second electrode is symmetric on both sides from its center. Space between electrodes is filled with dielectric material with dielectric permittivity higher than that of environment. First electrode covers the whole surface of dielectric material located between electrodes. Second electrode is placed on dielectric material over square curve and is covered from above with dielectric material too which dielectric permittivity is not less than that of material located between electrodes. Matching capacitance is mounted on each end of transmission line. Converter faces source of electromagnetic pulses with one end. Centers of sections of first and second electrodes of it are connected with the aid of matching communication line to recorder. EFFECT: improved reliability of measurements. 2 dwg

Description

Изобретение относится к импульсной технике и предназначено для использования в эталонных метрологических комплексах, измеряющих параметры импульсных электромагнитных полей с субнаносекундным фронтом (амплитуда, длительность фронта электромагнитного импульса и др.). The invention relates to a pulse technique and is intended for use in reference metrological complexes measuring the parameters of pulsed electromagnetic fields with a subnanosecond front (amplitude, duration of the front of an electromagnetic pulse, etc.).

Известно устройство для измерения параметров электромагнитного импульса, содержащее емкостной первичный измерительный преобразователь в виде двух параллельных и соосных металлических дисков, подключенных с помощью линии связи к активному сопротивлению и регистратору, при этом между дисками расположен диэлектрический материал. A device is known for measuring the parameters of an electromagnetic pulse, comprising a capacitive primary measuring transducer in the form of two parallel and coaxial metal disks connected via a communication line to an active resistance and a recorder, while a dielectric material is located between the disks.

Недостатком известного устройства является низкая точность измерения параметров ЭМИ различной формы, что обусловлено внесением погрешности в результат измерения за счет искажения исследуемого импульса из-за наличия собственной постоянной времени спада переходной характеристики первичного измерительного преобразователя. A disadvantage of the known device is the low accuracy of measuring the parameters of EMP of various shapes, which is due to the introduction of errors in the measurement result due to distortion of the studied pulse due to the presence of its own decay time constant of the transient response of the primary measuring transducer.

Также известно устройство для измерения параметров электромагнитного импульса, являющееся наиболее близким к описываемому, содержащее первичный измерительный преобразователь в виде отрезка двухпроводной линии передачи, один из концов которой разомкнут и обращен к источнику электромагнитного импульса, при этом преобразователь соединен с регистратором согласованной линией связи, двухпроводная линия связи имеет постоянное вдоль длины линии волновое сопротивление за счет того, что электроды линии передачи имеют вдоль длины этой линии постоянную ширину, величина которой является функцией расстояния между электродами линии, диэлектрической проница- емостью диэлектрика между электродами и величины волнового сопротивления двухпроводной линии. Also known is a device for measuring the parameters of an electromagnetic pulse, which is closest to the described one, containing a primary measuring transducer in the form of a segment of a two-wire transmission line, one end of which is open and facing the source of an electromagnetic pulse, while the converter is connected to the recorder by a coordinated communication line, a two-wire line the coupling has a constant impedance along the length of the line due to the fact that the electrodes of the transmission line have along the length of this line a constant width, the value of which is a function of the distance between the electrodes of the line, the dielectric constant of the dielectric between the electrodes, and the wave resistance of the two-wire line.

В этом устройстве повышается точность измерения амплитудно-временных параметров электромагнитных импульсов за счет того, что вместо сосредоточенной емкости в устройстве использована распределенная по длине емкость двухпроводной линии, что позволяет более точно повторять форму импульса при регистрации. This device improves the accuracy of measuring the amplitude-time parameters of electromagnetic pulses due to the fact that instead of a concentrated capacitance, the device uses a two-wire line distributed over the length of the capacitance, which makes it possible to more accurately repeat the shape of the pulse during registration.

Недостатком известного устройства является то, что за счет отсутствия идеальной широкополосности линии связи не обеспечивается достаточная идентичность формы измеряемого импульса форме импульса, поступающего в регистратор, что снижает точность измерения длительности фронта и амплитуды (составляющая погрешности, связанная с искажениями, вносимыми линией связи при измерении ЭМИ с длительностью фронта менее 1 нс составляет 10-15%), а в устройстве не предусмотрено каких-либо технических приемов для уменьшения искажения формы импульса при регистрации. При этом само устройство может быть использовано только при измерении параметров ЭМИ длительностью не более 15 нс, так как при измерении импульсов большей длительности линия передачи должна иметь длину более 2 м, а при такой длине измерительного преобразователя (что само по себе практически нереально) практически невозможно достигнуть строгой параллельности электродов линии, что и вызывает недопустимое увеличение погрешности, т.е. делает известное устройство неработоспособным при длительности импульса более 15 нс. A disadvantage of the known device is that due to the lack of ideal broadband of the communication line, the shape of the measured pulse is not sufficiently identical to the shape of the pulse entering the recorder, which reduces the accuracy of measuring the edge duration and amplitude (the error component associated with distortions introduced by the communication line when measuring EMR with a front duration of less than 1 ns is 10-15%), and the device does not provide any technical methods to reduce the distortion of the pulse shape at p registration. At the same time, the device itself can be used only when measuring EMR parameters with a duration of no more than 15 ns, since when measuring pulses of longer duration, the transmission line should have a length of more than 2 m, and with such a length of the measuring transducer (which is almost impossible in itself) is practically impossible to achieve strict parallelism of the line electrodes, which causes an unacceptable increase in error, i.e. makes the known device inoperative with a pulse duration of more than 15 ns.

Целью изобретения является повышение точности измерения и обеспечение возможности измерения импульсов большей длительности. The aim of the invention is to improve the accuracy of measurement and providing the ability to measure pulses of longer duration.

Это достигается тем, что в устройстве для измерения параметров электромагнитного импульса, содержащем первичный измерительный преобразователь в виде отрезка двухпроводной линии передачи, один из концов которой обращен к источнику электромагнитного импульса, при этом преобразователь соединен с регистратором согласованной линией связи, указанная двухпроводная линия передачи выполнена в виде несимметричной полосковой линии, пространство между электродами которой заполнено диэлектрическим материалом, диэлектрическая проницаемость ε1 которого больше диэлектрической проницаемости окружающей среды, и один из электродов этой линии покрывает всю поверхность диэлектрического материала, а другой электрод расположен на диэлектрическом материале по меандрической кривой и покрыт сверху также диэлектрическим материалом, диэлектрическая проницаемость ε2 которого не меньше диэлектрической проницаемости материала, расположенного между электродами, при этом подключение линии связи к преобразователю для указанного соединения с регистратором осуществлено в серединах длин первого и второго электродов, на каждом конце линии передачи установлена распределенная согласующая емкость, при этом второй электрод линии имеет вдоль своей длины L переменную высоту относительно поверхности диэлектрического материала между электродами, высота второго электрода симметрична по обе стороны от его середины и максимальна в его середине, а зависимость высоты h(x) второго электрода от значения текущей координаты х вдоль длины линии передачи от середины к соответствующему концу второго электрода определена из выражения
h(x) =

Figure 00000001
[м], (1) при 0<х≅L/2, где d - расстояние между электродами;
hк - высота второго электрода на конце линии передачи;
n =
Figure 00000002
- параметр, зависящий от типа линии связи;
l - длина линии связи;
ε =
Figure 00000003
;
α- нормированный на частоту коэффициент затухания линии связи, [дБ/м/
Figure 00000004
];
c - скорость света.This is achieved by the fact that in the device for measuring the parameters of the electromagnetic pulse, containing the primary measuring transducer in the form of a segment of a two-wire transmission line, one of the ends of which is facing the source of the electromagnetic pulse, while the converter is connected to the recorder by a coordinated communication line, the specified two-wire transmission line is made in in the form of an asymmetric strip line, the space between the electrodes of which is filled with a dielectric material, the dielectric constant 1 is greater than the permittivity of the surrounding medium, and one of the electrodes of this line covers the entire surface of the dielectric material and the other electrode is disposed on the dielectric material in a serpentine curve and topped as a dielectric material, dielectric constant ε 2 is not less than the dielectric constant of the material disposed between electrodes, while connecting the communication line to the converter for the specified connection with the registrar is carried out in the middle of the length the first and second electrodes, at each end of the transmission line there is a distributed matching capacitance, while the second electrode of the line has a variable height along its length L relative to the surface of the dielectric material between the electrodes, the height of the second electrode is symmetrical on both sides of its middle and maximum in its middle, and the dependence of the height h (x) of the second electrode on the value of the current coordinate x along the length of the transmission line from the middle to the corresponding end of the second electrode is determined from the expression
h (x) =
Figure 00000001
[m], (1) at 0 <х≅L / 2, where d is the distance between the electrodes;
h to - the height of the second electrode at the end of the transmission line;
n =
Figure 00000002
- a parameter depending on the type of communication line;
l is the length of the communication line;
ε =
Figure 00000003
;
α- frequency-normalized attenuation coefficient of the communication line, [dB / m /
Figure 00000004
];
c is the speed of light.

На фиг. 1 представлена схема предложенного устройства для измерения параметров электромагнитного импульса; на фиг.2 - вид по стрелке А на фиг. 1. In FIG. 1 is a diagram of the proposed device for measuring the parameters of the electromagnetic pulse; FIG. 2 is a view along arrow A in FIG. 1.

Устройство для измерения параметров электромагнитного импульса содержит первичный измерительный преобразователь 1 в виде отрезка двухпроводной линии передачи один из концов которого обращен к источнику ЭМИ (на чертеже) сам источник ЭМИ не показан, а показано направление вектора скорости

Figure 00000005
, а также составляющих его векторов электрического
Figure 00000006
и магнитного
Figure 00000007
полей). Линия передачи имеет электроды 2 и 3 (например из меди, латуни, серебра) и выполнена в виде несимметричной полосковой линии. Пространство между электродами 2 и 3 заполнено диэлектрическим материалом 4, диэлектрическая проницаемость ε1 которого больше диэлектрической проницаемости окружающей среды (например, стеклотекстолит, флан, и т.п.). Электрод 2 этой линии покрывает всю поверхность диэлектрического материала 4. Электрод 3 расположен на диэлектрическом материале 4 по меандрической кривой (см. фиг.2) и покрыт сверху также диэлектрическим материалом 5 (см. фиг.1 и 2), диэлектрическая проницаемость ε2 которого по крайней мере не меньше диэлектрической проницаемости материала 4 (например стеклотекстолит, гетинакс, ситал и т.п.). Электрод 3 линии передачи имеет вдоль своей длины L переменную высоту h(x) относительно поверхности диэлектрического материала 4. Высота электрода 3 симметрична по обе стороны от его середины и максимальна в его середине (точка а). Подключение линии связи 6 (например, в виде радиочастотного кабеля) к преобразователю 1 для соединения с регистратором 7 осуществлено в серединах длин электродов 2 и 3 (точки а, b на фиг.1). На каждом конце линии передачи установлена соответствующая согласующая емкость 8 и 9, распределенная по длине соответствующего конца, как на фиг.2. Зависимость высота h(x) электрода 3 от значения текущей координаты х вдоль длины линии передачи от ее середины (точка а) к соответствующему концу определена из выражения (1).A device for measuring the parameters of the electromagnetic pulse contains a primary measuring transducer 1 in the form of a segment of a two-wire transmission line, one of the ends of which is facing the EMP source (in the drawing), the EMP source is not shown, but the direction of the velocity vector is shown
Figure 00000005
, as well as its electric vectors
Figure 00000006
and magnetic
Figure 00000007
fields). The transmission line has electrodes 2 and 3 (for example, copper, brass, silver) and is made in the form of an asymmetric strip line. The space between the electrodes 2 and 3 is filled with a dielectric material 4, the dielectric constant ε 1 of which is greater than the dielectric constant of the environment (for example, fiberglass, flan, etc.). The electrode 2 of this line covers the entire surface of the dielectric material 4. The electrode 3 is located on the dielectric material 4 along the meander curve (see FIG. 2) and is also coated on top with dielectric material 5 (see FIGS. 1 and 2), whose dielectric constant ε 2 at least not less than the dielectric constant of material 4 (for example, fiberglass, getinax, glass, etc.). The transmission line electrode 3 has along its length L a variable height h (x) relative to the surface of the dielectric material 4. The height of the electrode 3 is symmetrical on both sides of its middle and maximum in its middle (point a). The connection of the communication line 6 (for example, in the form of a radio frequency cable) to the converter 1 for connection with the recorder 7 is carried out in the middle of the lengths of the electrodes 2 and 3 (points a, b in figure 1). At each end of the transmission line, a corresponding matching capacitance 8 and 9 is installed, distributed along the length of the corresponding end, as in FIG. The dependence of the height h (x) of the electrode 3 on the value of the current coordinate x along the length of the transmission line from its middle (point a) to the corresponding end is determined from expression (1).

Приведенное выражение (1) получено империческим путем из условия обеспечения в линии передачи полной компенсации затухания измеряемого сигнала, вносимого линией связи. Для обеспечения этой компенсации при расчете зависимости (1) с помощью эксперимента и машинной обработки результатов измерения были исследованы различные соотношения d - расстояния между электродами, hк - высоты электрода 3 на конце линии передачи, ε1, ε2 - диэлектрической проницаемости материала диэлектриков 4 и 5, l - длин линии связи с нормированным на частоту коэффициентом затухания α.The above expression (1) is obtained empirically from the condition that the transmission line provides full compensation for the attenuation of the measured signal introduced by the communication line. To ensure this compensation, when calculating dependence (1) using experiment and machine processing of measurement results, various ratios d - the distance between the electrodes, h к - the height of the electrode 3 at the end of the transmission line, ε 1 , ε 2 - the dielectric constant of the material of dielectrics 4 were studied and 5, l are the lengths of the communication line with a frequency-normalized attenuation coefficient α.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Устройство помещают в полеобразующую систему с волной ТЕМ-типа так, чтобы один конец линии передачи (на чертеже конец 8) был обращен к источнику ЭМИ. При этом вдоль первичного измерительного преобразователя 1 начинает распространяться исследуемый электромагнитный импульс, параметры которого: амплитуда, длительность фронта, длительность импульса либо постоянная времени спада регистрируются регистратором 7. При этом между электродами 2 и 3 первичного измерительного преобразователя 1 под действием ЭМИ наводится разность потенциалов и возникает волна тока, распространяющаяся по линии связи 6 к регистратору 7 от конца 8 линии передачи к ее середине в точках а и b. Затем через время t1, равное

Figure 00000008
(где Lп - длина первичного измерительного преобразователя, равная длине электрода 2) импульс поля от середины линии достигает согласующей емкости 9, что вызывает возникновение обратной волны тока, распространяющейся вдоль линии передачи в направлении к точкам а и b. Поскольку координата х связана с текущим временем t как t =
Figure 00000009
, то в каждый момент времени t на входное сопротивление регистратора 7 через линию связи 6 разряжается участок линии передачи, заряженный до потенциала U =
Figure 00000010
Figure 00000011
d+
Figure 00000012
Figure 00000013
, где Е - напряженность электрического поля ЭМИ. Через время t2, равное
Figure 00000014
(где L - длина меандрического электрода 3), за которое обратная волна тока от конца 9 достигнет точек а и b подсоединения преобразователя 1 с линией связи 6, разность потенциалов между электродами 2 и 3 станет равна нулю. За время t1+t2 на входе линии связи 6 формируется импульс длительностью
Figure 00000015
с длительностью фронта
Figure 00000016
. Сформированный импульс распространяется по линии связи 6 и регистрируется регистратором 7.The device is placed in a field-forming system with a TEM-type wave so that one end of the transmission line (end 8 in the drawing) is facing the EMP source. At the same time, the studied electromagnetic pulse begins to propagate along the primary measuring transducer 1, the parameters of which are the amplitude, the front duration, the pulse duration or the decay time constant recorded by the recorder 7. In this case, a potential difference is induced between the electrodes 2 and 3 of the primary measuring transducer 1 and the potential arises a current wave propagating along the communication line 6 to the registrar 7 from the end 8 of the transmission line to its middle at points a and b. Then after a time t 1 equal to
Figure 00000008
(where L p is the length of the primary measuring transducer equal to the length of the electrode 2), the field pulse from the middle of the line reaches the matching capacitance 9, which causes the appearance of a backward current wave propagating along the transmission line in the direction to points a and b. Since the x coordinate is related to the current time t as t =
Figure 00000009
, then at each moment of time t, a portion of the transmission line charged to the potential U = is discharged through the communication line 6 to the input resistance of the recorder 7
Figure 00000010
Figure 00000011
d +
Figure 00000012
Figure 00000013
where E is the electric field EMR. After time t 2 equal to
Figure 00000014
(where L is the length of the meander electrode 3), for which the backward current wave from the end 9 reaches the points a and b of connecting the converter 1 with the communication line 6, the potential difference between the electrodes 2 and 3 will become zero. During the time t 1 + t 2 at the input of the communication line 6, a pulse of duration
Figure 00000015
with front duration
Figure 00000016
. The generated pulse propagates through the communication line 6 and is recorded by the registrar 7.

За счет того, что электрод 3 линии передачи имеет вдоль своей длины переменную высоту h(x) относительно поверхности диэлектрического материала 4, изменяющуюся по указанному закону (1), форма импульса, поступающего на вход регистратора 7, максимально точно повторяет форму импульса элекромагнитного поля, так как в устройстве скомпенсированы потери, возникающие в линии связи за счет скин-слоя, путем предварительного искажения (усиления) заданным образом от времени измеряемого импульса в первичном преобразователе 1. Due to the fact that the electrode 3 of the transmission line has along its length a variable height h (x) relative to the surface of the dielectric material 4, which varies according to the indicated law (1), the shape of the pulse received at the input of the recorder 7, most accurately repeats the shape of the pulse of the electromagnetic field, since the device compensates for the losses that occur in the communication line due to the skin layer by preliminary distortion (amplification) in a predetermined manner from the time of the measured pulse in the primary Converter 1.

За счет того, что двухпроводная линия передачи выполнена в виде несимметричной полосковой линии, пространство между электродами 2 и 3 которой заполнено диэлектрическим материалом 4, и электрод 2 этой линии покрывает всю поверхность диэлектрического материала 4, а электрод 3 расположен на диэлектрическом материале 4 по меандрической кривой и покрыт сверху также диэлектрическим материалом 5, диэлектрическая проницаемость которого по крайней мере не меньше диэлектрической проницаемости материала, расположенного между электродами 2 и 3, достигается повышение точности так как при этом исключено искажение поля, проникающего в пространство между электродами, структура поля внутри полосковой линии повторяет структуру набегающей ТЕМ-волны, при этом образованная указанной конфигурацией электродов и диэлектрика между ними несимметричность полосковой линии хорошо согласуется с несимметричностью линии связи (радиочастотный кабель), устраняя искажения измеряемого сигнала при его передаче от точек а, b к регистратору, а также уменьшая время нарастания переходной характеристики устройства до его предельного теоретического значения. Значительное увеличение физической длины электрода 3 (за счет его меандрической формы, позволяющей многократно увеличить длину L электрода 3 при минимальной длине Lп преобразователя) и уменьшение скорости распространения волны в преобразователе 1 в

Figure 00000017
раз дает также дополнительные преимущества устройства за счет расширения временного диапазона измеряемых импульсов в сторону больших значений длительности (от 15 нс до мкс) и повышает технологичность изготовления первичного измерительного преобразователя 1 по сравнению с прототипом, где для взаимной установки электродов необходимы дополнительные крепежные элементы, которые неизбежно технологически усложняют изготовление устройства и вносят в линию передачи, непредусмотренные паразитные искажения в исследуемый сигнал.Due to the fact that the two-wire transmission line is made in the form of an asymmetric strip line, the space between the electrodes 2 and 3 of which is filled with dielectric material 4, and the electrode 2 of this line covers the entire surface of the dielectric material 4, and the electrode 3 is located on the dielectric material 4 along the meander curve and is also coated on top with a dielectric material 5, the dielectric constant of which is at least not less than the dielectric constant of the material located between the electrodes 2 and 3, is sufficient an increase in accuracy is possible since the distortion of the field penetrating into the space between the electrodes is excluded, the structure of the field inside the strip line repeats the structure of the incident TEM wave, and the asymmetry of the strip line formed by the indicated configuration of the electrodes and the dielectric between them is in good agreement with the asymmetry of the communication line (radio frequency cable), eliminating the distortion of the measured signal during its transmission from points a, b to the recorder, and also reducing the rise time of the transient response triads to its ultimate theoretical significance. A significant increase in the physical length of the electrode 3 (due to its meander shape, allowing many times to increase the length L of the electrode 3 with a minimum length L p of the transducer) and a decrease in the wave propagation velocity in the transducer 1 in
Figure 00000017
times also gives additional advantages of the device by expanding the time range of the measured pulses in the direction of large values of duration (from 15 ns to μs) and increases the manufacturability of manufacturing the primary measuring transducer 1 in comparison with the prototype, where additional fasteners are necessary for the mutual installation of the electrodes, which are inevitable technologically complicate the manufacture of the device and introduce into the transmission line, unintended spurious distortions in the signal under study.

Подключение линии связи с преобразователем для указанного соединения с регистратором, осуществленное в серединах длин первого и второго электродов, которые симметричны относительно своих середин исключает паразитные выбросы, связанные с возбуждением участков меандрического электрода 3, перпендикулярных вектору магнитного поля ЭМИ, магнитным полем, так как эти выбросы, одинаковы по амплитуде и противоположны по знаку в симметричных относительно середины участках электрода 3. The connection of the communication line with the converter for the indicated connection with the recorder, carried out in the middle of the lengths of the first and second electrodes, which are symmetrical with respect to their middle, eliminates spurious emissions associated with the excitation of the sections of the meander electrode 3, perpendicular to the magnetic field vector of the electromagnetic radiation, magnetic field, since these emissions are the same in amplitude and opposite in sign in the symmetrical sections of the electrode 3 relative to the middle.

Указанное введение на каждом конце линии передачи соответствующей распределенной согласующей емкости 8, 9 в сочетании с указанными признаками повышает точность измерения за счет обеспечения максимально гладкой переходной характеристики устройства. The specified introduction at each end of the transmission line of the corresponding distributed matching capacitance 8, 9 in combination with these features increases the accuracy of the measurement by providing the smoothest transition characteristic of the device.

При реализации устройства была использована следующая аппаратура: генератор ЭМИ, разработки на базе ТЕМ-ячейки; регистратор - стробоскопический осциллограф С7-13; линия связи - радиочастотный кабель РК-50-4-21 с α= 1,46*10-5 дб/М/

Figure 00000018
длиной 10 м; первичный измерительный преобразователь на основе несимметричной полосковой линии с переменной вдоль длины линии высотой меандрического электрода, высота которого определена по зависимости (1).When implementing the device, the following equipment was used: EMR generator, developments based on the TEM cell; recorder - stroboscopic oscilloscope S7-13; communication line - radio frequency cable RK-50-4-21 with α = 1.46 * 10 -5 dB / M /
Figure 00000018
10 m long; primary measuring transducer based on an asymmetric strip line with a meander electrode height variable along the line length, the height of which is determined by dependence (1).

Ниже приведены данные для двух вариантов выполнения преобразователя. Для всех вариантов одинаковыми являются: длина первичного измерительного преобразователя Lп=0,2 м, ширина первичного измерительного преобразователя 0,1 м, расстояние между электродами d=1 мм, материал электродов - медный провод диаметром 1 мм, шаг меандрической укладки провода по длине измерительного преобразователя 2 мм.The following is the data for two transmitter designs. The same for all options are: the length of the primary measuring transducer L p = 0.2 m, the width of the primary measuring transducer is 0.1 m, the distance between the electrodes is d = 1 mm, the electrode material is a copper wire with a diameter of 1 mm, the pitch of the meandering wire is laid along the length measuring transducer 2 mm.

1 вариант: в качестве диэлектрических материалов 4 и 5 использован стеклотекстолит ( ε1,2=3,5).Option 1: fiberglass (ε 1,2 = 3,5) was used as dielectric materials 4 and 5.

2 вариант: в качестве диэлектрических материалов 4 и 5 использованы материалы ПКТ-5 ( ε1=5) и ПКТ-10 ( ε2=10), соответственно.Option 2: materials PKT-5 (ε 1 = 5) and PKT-10 (ε 2 = 10), respectively, were used as dielectric materials 4 and 5, respectively.

Были проведены сопоставительные исследования описанного устройства и прототипа. При исследовании характеристик прототипа были использованы те же генератор ЭМИ, регистратор, та же линия связи длиной 10 м, расстояние между электродами d=3 мм, материал электродов - медь, ширина электродов 12 мм. Comparative studies of the described device and prototype were conducted. When studying the characteristics of the prototype, the same EMR generator, recorder, the same communication line 10 m long, the distance between the electrodes d = 3 mm, the electrode material - copper, the width of the electrodes 12 mm were used.

Все варианты устройств и прототип были предварительно аттестованы по ГОСТу 8.207-76. All device variants and prototype were pre-certified according to GOST 8.207-76.

Были измерены амплитуда и время нарастания фронта импульсов поля с амплитудой 500 В/м и длительностью фронта 250 пс при длительности импульса 5 нс и 25 нс, определены значения составляющих погрешности измерения, связанных с затуханием сигнала в линии связи (ниже для краткости данные составляющие погрешности обозначены как "погрешность измерения"). The amplitude and rise time of the front of field pulses with an amplitude of 500 V / m and a front duration of 250 ps at a pulse duration of 5 ns and 25 ns were measured, the values of the components of the measurement error associated with the attenuation of the signal in the communication line were determined (below, for brevity, these error components are indicated as "measurement error").

1 вариант устройства. Результаты измерения для обеих длительностей импульса: амплитуда 501 В/м, погрешность измерения 4%, время нарастания 280 пс, погрешность измерения 5%. 1 version of the device. Measurement results for both pulse durations: amplitude 501 V / m, measurement error 4%, rise time 280 ps, measurement error 5%.

2 вариант устройства. Результаты измерения для обеих длительностей импульса: амплитуда 498 В/м, погрешность измерения 3%, время нарастания 270 пс, погрешность измерения 5%. 2 version of the device. Measurement results for both pulse durations: amplitude 498 V / m, measurement error 3%, rise time 270 ps, measurement error 5%.

Прототип. Результаты измерения для длительности импульса 5 нс: амплитуда 485 В/м, погрешность измерения 10%, время нарастания 420 пс, погрешность измерения 15%. Prototype. Measurement results for a pulse duration of 5 ns: amplitude 485 V / m, measurement error 10%, rise time 420 ps, measurement error 15%.

Импульс длительностью 25 нс превышает длительность переходной характеристики первичного преобразователя, что не позволяет его зарегистрировать устройством-прототипом. A pulse of 25 ns duration exceeds the duration of the transient response of the primary converter, which does not allow it to be registered with the prototype device.

Таким образом, как показали экспериментальные исследования, предложенное устройство обеспечивает повышение точности измерения (погрешность измерения 3...5%) по сравнению с прототипом (погрешность измерения 10...15% ), при этом с помощью описанного устройства осуществ- л яются прецизионные измерения параметров ЭМИ с субнаносекундным фронтом в широком временном диапазоне (>15 нс) длительностей импульсов. Thus, as shown by experimental studies, the proposed device provides improved measurement accuracy (measurement error 3 ... 5%) compared with the prototype (measurement error 10 ... 15%), while using the described device precision measuring parameters of electromagnetic radiation with a subnanosecond front in a wide time range (> 15 ns) of pulse durations.

Claims (1)

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИМПУЛЬСА, содержащее первичный измерительный преобразователь в виде отрезка двухпроводной линии передачи, один из концов которой обращен к источнику электромагнитного импульса, при этом выход преобразователя соединен с регистратором согласованной линией связи, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения параметров импульсов и обеспечения измерения импульсов большей длительности, двухпроводная линия передачи выполнена в виде несимметричной полосковой линии, пространство между электродами которой заполнено диэлектрическим материалом, диэлектрическая проницаемость ε1 которого больше диэлектрической проницаемости окружающей среды, и один из электродов этой линии покрывают всю поверхность диэлектрического материала, а второй электрод выполнен в виде меандра и покрыт сверху также диэлектрическим материалом, диэлектрическая проницаемость ε2 которого по крайней мере не меньше диэлектрической проницаемости материала, расположенного между электродами, при этом середина в длинах первого и второго электродов является выходом преобразователя, на каждом из концов линии передачи установлена распределенная согласующая емкость, при этом второй электрод линии имеет вдоль своей длины L переменную высоту относительно поверхности диэлектрического материала между электродами, высота второго электрода симметрична по обе стороны от его середины, а зависимость высоты h /x/ второго электрода от значения текущей координаты x вдоль линии передачи от середины к соответствующему концу второго электрода определена из выражения:
h(x) =
Figure 00000019
, м,
при 0 < x ≅ L/2,
где d - расстояние между электродами;
где hк - высота второго электрода на конце линии передачи;
n =
Figure 00000020
- параметр, зависящий от типа линии связи;
ε =
Figure 00000021
,
l - длина линии передачи;
α - нормированный на частоту коэффициент затухания линии связи, дБ/м/
Figure 00000022
;
c - скорость света.
DEVICE FOR MEASURING ELECTROMAGNETIC PULSE PARAMETERS, comprising a primary measuring transducer in the form of a segment of a two-wire transmission line, one end of which is facing the electromagnetic pulse source, while the output of the converter is connected to the recorder by a coordinated communication line, characterized in that, in order to improve the accuracy of measurement of parameters pulses and providing measurement of longer pulses, the two-wire transmission line is made in the form of an asymmetric strip line, the space between the electrodes of which is filled with a dielectric material, the dielectric constant ε 1 of which is greater than the dielectric constant of the environment, and one of the electrodes of this line covers the entire surface of the dielectric material, and the second electrode is made in the form of a meander and also coated on top with a dielectric material, whose dielectric constant ε 2 at least not less than the dielectric constant of the material located between the electrodes, with the middle in the lengths of the first and second of the electrodes is the output of the converter, a distributed matching capacitance is installed at each end of the transmission line, while the second electrode of the line has a variable height along the length L relative to the surface of the dielectric material between the electrodes, the height of the second electrode is symmetrical on both sides of its middle, and the dependence of the height h / x / of the second electrode from the value of the current coordinate x along the transmission line from the middle to the corresponding end of the second electrode is determined from the expression:
h (x) =
Figure 00000019
, m
for 0 <x ≅ L / 2,
where d is the distance between the electrodes;
where h to - the height of the second electrode at the end of the transmission line;
n =
Figure 00000020
- a parameter depending on the type of communication line;
ε =
Figure 00000021
,
l is the length of the transmission line;
α - frequency-normalized attenuation coefficient of the communication line, dB / m /
Figure 00000022
;
c is the speed of light.
SU4932309 1991-04-29 1991-04-29 Device for measurement of parameters of electromagnetic pulse RU2013781C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4932309 RU2013781C1 (en) 1991-04-29 1991-04-29 Device for measurement of parameters of electromagnetic pulse

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4932309 RU2013781C1 (en) 1991-04-29 1991-04-29 Device for measurement of parameters of electromagnetic pulse

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2013781C1 true RU2013781C1 (en) 1994-05-30

Family

ID=21572436

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU4932309 RU2013781C1 (en) 1991-04-29 1991-04-29 Device for measurement of parameters of electromagnetic pulse

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2013781C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2463615C1 (en) * 2011-06-09 2012-10-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" (ФГУП "ВНИИА") Ultra-wideband measuring capacitance transducer of pulse electric fields

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Авторскоесвидетельство СССР N 788044, кл. G 01R 29/08, 1978. *
Панин В.В. и Степанов Б.М. Измерение импульсных магнитных иэлектрических полей. М.; Энергоатомиздат, 1987, с.80. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2463615C1 (en) * 2011-06-09 2012-10-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" (ФГУП "ВНИИА") Ultra-wideband measuring capacitance transducer of pulse electric fields

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6675645B1 (en) Electromagnetic method of and apparatus for electromagnetic parameters of material (thin films and bulks) monitoring
Mier et al. Design and characterization of a magnetic loop antenna for partial discharge measurements in gas insulated substations
RU2013781C1 (en) Device for measurement of parameters of electromagnetic pulse
US4278933A (en) Means and method for determining susceptibility to radiated energy
RU2013780C1 (en) Device for measuring parameters of electromagnet pulse
Satav et al. Do-it-yourself fabrication of an open TEM cell for EMC pre-compliance
Podosenov et al. Linear two-wire transmission line coupling to an external electromagnetic field. I. Theory
Kim et al. Numerical analysis of the impulse-radiating antenna
Perez-Mendez et al. Recent developments in delay line readout of multiwire proportional chambers
JPH02112716A (en) Method and device for measuring position of slender element
JPH09166477A (en) Measuring apparatus for length of conductor and level-measuring apparatus
RU2738452C1 (en) Sensor for measuring force on magnetostatic waves
JPH1090201A (en) Structure for dielectric constant measuring probe and dielectric constant measuring method
US3984792A (en) Precise coaxial attenuator for picosecond pulses
Cina et al. Mode conversion and leaky-wave excitation at open-end coupled-microstrip discontinuities
Podosenov et al. Excitation of a V-antenna by a pulse electromagnetic field
Somlo et al. On the TE/sub 10/-mode cutoff frequency in lossy-walled rectangular waveguides
Solbach et al. Dielectric image line groove antennas for millimeter waves, Part II: Experimental verification
US5469179A (en) Parametrically amplifying traveling-wave antenna
Rajawat et al. A bounded wave transmission line type NEMP simulator-design, construction and field mapping
Bosshard et al. Printed low velocity delay lines for cathode readout of proportional chambers
JP2023148088A (en) electromagnetic wave reflector
SU1469473A1 (en) Device for measuring amplitude-phase distribution of electromagnetic field in opening area of multi-mode waveguide
SU1378587A1 (en) Method of measuring attenuation of magnetostatic waves
SU1364995A1 (en) Device for detecting microwave frequency signals