一種基于分布式薄膜電阻加載的電場(chǎng)輻射寬帶檢測(cè)器及其設(shè)計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電場(chǎng)輻射領(lǐng)域，特別涉及一種電場(chǎng)輻射寬帶檢測(cè)器，還涉及該檢測(cè)器 的設(shè)計(jì)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 電場(chǎng)輻射是一種難以感知的隱形污染，在一定的空間中，電場(chǎng)輻射強(qiáng)度達(dá)到一定 限值后，將對(duì)人身健康或動(dòng)物的生存安全等產(chǎn)生不良影響，同時(shí)也會(huì)對(duì)電子儀器、設(shè)備，包 括通信設(shè)備的安全運(yùn)行產(chǎn)生影響。如何快速發(fā)現(xiàn)并測(cè)試電場(chǎng)輻射信號(hào)的強(qiáng)度以便進(jìn)行設(shè)備 及人員的電磁防護(hù)具有重要的意義。
[0003] 電場(chǎng)輻射探測(cè)器可以實(shí)現(xiàn)電場(chǎng)輻射強(qiáng)度的快速檢測(cè)，可以判定所監(jiān)測(cè)區(qū)域是否滿(mǎn) 足相關(guān)輻射安全標(biāo)準(zhǔn)，最終確定敏感區(qū)域內(nèi)人員的安全問(wèn)題。
[0004] 為了能夠?qū)崟r(shí)的檢測(cè)周邊環(huán)境的電場(chǎng)輻射強(qiáng)度，需要開(kāi)發(fā)一種可廣泛應(yīng)用于各種 敏感區(qū)域的電場(chǎng)輻射檢測(cè)器，以便判定所檢測(cè)區(qū)域是否滿(mǎn)足相關(guān)國(guó)軍標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，最終確定敏 感區(qū)域人員及設(shè)備的安全問(wèn)題。
[0005]傳統(tǒng)的電場(chǎng)輻射測(cè)量方法主要有兩種：一是基于偶極子天線(xiàn)的二極管檢波法，二 是基于熱電偶的檢測(cè)方法等。
[0006]第一種方法受限于偶極子天線(xiàn)的諧振特性，工作帶寬較窄，不太適合于電場(chǎng)輻射 的寬帶測(cè)量，另外由于采用偶極子天線(xiàn)形式，天線(xiàn)的尺寸為電大尺寸，對(duì)測(cè)試場(chǎng)的干擾影響 較大，從而失真較大，不太適合于電場(chǎng)輻射的精確測(cè)量。第二種方法受熱電偶本身特性的限 制，體積較大，測(cè)試靈敏度較低，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高。
[0007]目前，常用的電場(chǎng)輻射檢測(cè)器是采用諧振式天線(xiàn)進(jìn)行電場(chǎng)輻射檢測(cè)，這種電場(chǎng)輻 射檢測(cè)器是與本發(fā)明最接近的現(xiàn)有技術(shù)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由偶極子天線(xiàn)及檢波二 極管構(gòu)成，偶極子天線(xiàn)接收電場(chǎng)輻射信號(hào)經(jīng)二極管檢波后輸出。
[0008] 圖1所示方案天線(xiàn)設(shè)計(jì)技術(shù)成熟，加工難度小，但偶極子天線(xiàn)受限于其諧振式工 作機(jī)理，天線(xiàn)尺寸一般是半個(gè)波長(zhǎng)，為電大尺寸，對(duì)測(cè)試區(qū)域的輻射場(chǎng)強(qiáng)干擾較大，同時(shí)其 工作帶寬較窄，很難滿(mǎn)足電場(chǎng)輻射寬帶高靈敏度測(cè)試的需求。電場(chǎng)輻射經(jīng)二極管檢波輸出 后沒(méi)有進(jìn)行有效的低通濾波，檢波信號(hào)上疊加了高頻分量，導(dǎo)致測(cè)試的失真較大?？傮w來(lái) 說(shuō)，這種方案，難以滿(mǎn)足電場(chǎng)輻射的高靈敏度低失真寬帶檢測(cè)的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 為了解決以上難題，本發(fā)明提出了一種基于分布式薄膜電阻加載的電場(chǎng)輻射寬帶 檢測(cè)器，該檢測(cè)器是一種適用于近遠(yuǎn)場(chǎng)全空間區(qū)域的射頻寬帶電場(chǎng)輻射探測(cè)的普適性技術(shù) 方案。
[0010] 本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：
[0011] -種基于分布式薄膜電阻加載的電場(chǎng)輻射寬帶檢測(cè)器，包括：
[0012] 分布式薄膜電阻加載的電小探頭、檢波二極管、高阻低通濾波器、高阻傳輸線(xiàn)，輸 出端口及低損耗介質(zhì)板；
[0013] 通過(guò)分布式薄膜電阻加載的電小探頭接收空間中的電場(chǎng)輻射信號(hào)，然后通過(guò)檢波 二極管進(jìn)行電場(chǎng)輻射強(qiáng)度的檢測(cè)，電場(chǎng)輻射強(qiáng)度的檢測(cè)值通過(guò)高阻低通濾波器及高阻傳輸 線(xiàn)傳送到輸出端口。
[0014] 可選地，通過(guò)分布式薄膜電阻加載實(shí)現(xiàn)電小探頭的行波特性，利用薄膜電阻的寬 帶吸收特性進(jìn)行電場(chǎng)輻射信號(hào)的寬帶接收。
[0015] 可選地，所述電小探頭上濺射的薄膜電阻單位阻抗，表述為：
[0016]
( 1 )〇
[0017] 可選地，所述電小探頭上的電流分布表述為行波的形式：
[0018]
(2)
[0019] 其中，h表示電小偶極子長(zhǎng)度的一半，k表示波數(shù)，而V。表示驅(qū)動(dòng)電壓，在這里：
[0020]
[0021] 其中，a表示電小探頭的半徑，C(x，y)和S(x，y)分別表示歸一化的余弦和正弦積 分。
[0022] 可選地，檢波二極管的結(jié)電容Cj彡0·lpF。
[0023] 可選地，所述高阻傳輸線(xiàn)為曲折線(xiàn)形式。
[0024] 可選地，跨接在檢波二極管兩端的高阻傳輸線(xiàn)等效于一個(gè)分布式低通濾波器，由 串聯(lián)電感及分布式耦合電容構(gòu)成，其中，單位長(zhǎng)度的電感L和電容C表示為：
[0025]
[0026]
[0027] 此處w代表了高阻線(xiàn)的線(xiàn)寬，d代表了高阻線(xiàn)的間距。
[0028] 本發(fā)明還提供了上述檢測(cè)器的設(shè)計(jì)方法，首先根據(jù)電場(chǎng)探頭的工作頻率設(shè)計(jì)并確 定電小探頭長(zhǎng)度，然后算出薄膜電阻的單位阻抗ZVz)，最終將印刷在介質(zhì)板上的電小探頭 的兩臂按照上述的單位阻抗濺射上薄膜電阻層，從而設(shè)計(jì)出具有行波特性的電小探頭。
[0029] 可選地，所述電場(chǎng)探頭的工作頻率取最高工作頻率對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的十分之一。
[0030] 本發(fā)明的有益效果是：
[0031] (1)本發(fā)明采用了分布式薄膜電阻加載的電小探頭進(jìn)行電場(chǎng)輻射信號(hào)的寬帶接 收，具有較小的結(jié)構(gòu)尺寸，同時(shí)減小了對(duì)測(cè)試場(chǎng)的影響；
[0032] (2)本發(fā)明采用了薄膜電阻分布加載的電小探頭及高靈敏度檢波二極管結(jié)合的檢 波電路的一體化設(shè)計(jì)，通過(guò)選擇合適參數(shù)的檢波二極管并優(yōu)化設(shè)計(jì)電小探頭實(shí)現(xiàn)了電場(chǎng)輻 射強(qiáng)度的高靈敏度檢測(cè)；
[0033] (3)本發(fā)明采用了曲折線(xiàn)形式的薄膜高阻線(xiàn)，通過(guò)優(yōu)化結(jié)構(gòu)尺寸，調(diào)整串聯(lián)電感及 分布式耦合電容值，構(gòu)成了高阻低通濾波器，實(shí)現(xiàn)了射頻信號(hào)的隔離，減小了檢波信號(hào)的失 真。
【附圖說(shuō)明】
[0034] 為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以 根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0035] 圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的偶極子天線(xiàn)形式的電場(chǎng)輻射檢測(cè)器示意圖；
[0036] 圖2為本發(fā)明一種基于分布式薄膜電阻加載的電場(chǎng)輻射寬帶檢測(cè)器整體結(jié)構(gòu)示 意圖；
[0037] 圖3為本發(fā)明探頭檢波電路的等效原理圖；
[0038] 圖4為本發(fā)明高阻低通濾波器等效電路。
【具體實(shí)施方式】
[0039] 下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；?本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他 實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0040] 現(xiàn)有的電場(chǎng)輻射檢測(cè)器雖然加工簡(jiǎn)單，但受偶極子天線(xiàn)諧振式工作原理的限制， 檢測(cè)器尺寸相對(duì)較大，工作帶寬窄，靈敏度低，失真大，不太適合于電場(chǎng)輻射的高靈敏度低 失真寬帶測(cè)量。
[0041] 針對(duì)現(xiàn)有電場(chǎng)輻射檢測(cè)器的缺點(diǎn)，本發(fā)明提出了一種基于分布式薄膜電阻加載的 電場(chǎng)輻射寬帶檢測(cè)器，實(shí)現(xiàn)電場(chǎng)輻射的高靈敏度低失真寬帶測(cè)量。本發(fā)明采用分布式薄膜 電阻加載的電小探頭進(jìn)行電場(chǎng)輻射的寬帶接收，然后通過(guò)高靈敏度的低勢(shì)皇肖特基二極管 進(jìn)行電場(chǎng)輻射的檢測(cè)，并將檢波信號(hào)通過(guò)曲折型高阻線(xiàn)構(gòu)成的低通濾波器射頻信號(hào)隔離， 從而達(dá)到低失真輸出的目的。