一種寬頻帶脈沖電場測試探頭的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電磁場測量裝置，具體涉及一種用于測量快前沿脈沖電場信號的寬頻 帶測試探頭。
【背景技術(shù)】
[0002] 核爆炸產(chǎn)生的強電磁脈沖，可以通過線纜或天線將能量耦合到電子設(shè)備中，從而 對其中的電子器件造成損傷，導(dǎo)致設(shè)備功能失效甚至損毀。核爆電磁脈沖及其工程防護技 術(shù)一直受到普遍關(guān)注，IEC的通訊委員會（TC-77)將其列為民用電子設(shè)備、電子系統(tǒng)和裝置 需要加以防護的高功率電磁環(huán)境，國內(nèi)外也早已開展了大量核電磁脈沖模擬及其效應(yīng)研究 工作。脈沖電場測量裝置在這一領(lǐng)域主要起到以下兩方面的作用：衡量模擬裝置產(chǎn)生的電 場環(huán)境是否達到預(yù)定技術(shù)指標(biāo)，能否用于設(shè)備的抗電磁脈沖試驗考核和性能評估；獲取試 驗環(huán)境電場分布、受試系統(tǒng)內(nèi)部耦合電場等重要參數(shù)，以作為武器裝備抗核電磁脈沖考核 驗證和性能評估的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
[0003] 脈沖電場信號測量是一種時域測量，為了真實的再現(xiàn)被測脈沖波形，測量探頭的 傳輸函數(shù)在被測信號的頻譜范圍內(nèi)應(yīng)保持不變。同時，測量探頭的量程覆蓋范圍需足夠大， 以滿足環(huán)境電場和耦合電場的測量需求。IEC6100-2-9將NEMP波形峰值規(guī)定為50KVm\前 沿為2. 5 ±0. 5ns、半峰寬（FWHM)為23 ± 5ns。依據(jù)這一標(biāo)準(zhǔn)開展核電磁脈沖模擬裝置建設(shè) 和效應(yīng)研究工作，測量探頭頻帶寬度應(yīng)大于l〇k~500MHz，量程范圍覆蓋10~lOOkVm^
[0004] 常見的頻域電場探頭不能應(yīng)用于脈沖信號測量；一些采用電纜傳輸信號的寬頻 帶天線，因其抗電磁干擾能力差，信號傳輸距離短，實際應(yīng)用過程中局限性很大（新型偶 極子電場探測器及對空間電場的測量[J]，祝敏等，傳感器技術(shù)，2000年4月，第19卷第 4期）；武漢電磁兼容性國防科技重點實驗室研制了光纖傳輸?shù)乃矐B(tài)電磁脈沖場測試儀 (ZL200520097960. 0)，但不能用來測量上升時間小于2ns的信號；西北核技術(shù)研究所研制 的寬頻帶電光式脈沖電場測量系統(tǒng)（ZL01131849.X)，利用晶體的電光效應(yīng)原理，基于集成 光波導(dǎo)調(diào)制器并配以特型天線，通過光纖傳輸信號，其頻率響應(yīng)達到了 〇. 1Hz~700MHz，但 其量程范圍偏小，約為Vm1~KVm\且該測量裝置對工作環(huán)境要求較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了解決現(xiàn)有的頻域電場探頭存在抗干擾能力差、量程范圍小的技術(shù)問題，本發(fā) 明提供一種寬頻帶脈沖電場測試探頭。本發(fā)明所提供的電場測試探頭寬頻帶、大量程、抗干 擾能力強的基于光纖傳輸?shù)膶掝l帶脈沖電場測試探頭，其采用長度可變的電小天線匹配以 寬頻帶電子電路，并通過光纖傳輸測量信號，該探頭_3dB帶寬為10k~550MHz，量程范圍覆 蓋10~lOOKVm1，且在其輸出動態(tài)范圍內(nèi)線性度良好，可以用于核電磁脈沖效應(yīng)試驗中電 場信號的準(zhǔn)確測量。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案為：
[0007] -種寬頻帶脈沖電場測試探頭，其特殊之處在于：包括金屬屏蔽盒2、固定于金屬 屏蔽盒內(nèi)的電子線路板1、焊接于電子線路板1上的天線安裝座3、通過螺紋固定于天線安 裝座3中的且伸出金屬屏蔽盒外的單極圓柱天線4 ;所述單極圓柱天線4與金屬屏蔽盒2保 持電絕緣；所述單極圓柱天線4的長度范圍為6mm~66mm;所述金屬屏蔽盒2的直徑大于 單極圓柱天線4長度的2倍；所述電子線路板1上設(shè)置有依次電連接的電壓跟隨器和電光 轉(zhuǎn)換電路，所述電光轉(zhuǎn)換電路包括半導(dǎo)體激光器及其驅(qū)動電路；所述單極圓柱天線4與電 壓跟隨器的輸入端連接，所述半導(dǎo)體激光器的尾纖通過固定于金屬屏蔽盒2上的光纖轉(zhuǎn)接 法蘭與外部光纖鏈路連接。
[0008] 上述半導(dǎo)體激光器為分布式反饋激光器，所述驅(qū)動電路為反饋控制的穩(wěn)恒功率控 制驅(qū)動電路。
[0009] 上述電壓跟隨器由JFET輸入集成運放0PA659構(gòu)成，其輸入阻抗大于等于ΙΟ12Ω。
[0010] 上述單極圓柱天線4通過絕緣套件5與金屬屏蔽盒2保持電絕緣。
[0011] 上述單極圓柱天線4的直徑為Φ2mm。
[0012] 上述電壓跟隨器和電光轉(zhuǎn)換電路之間還連接有電容C，所述半導(dǎo)體激光器與驅(qū)動 電路之間還連接有電感L。
[0013] 本發(fā)明的優(yōu)點是：
[0014] 1、本發(fā)明設(shè)計了頻響大于1Hz~1. 25GHz的單極圓柱電小天線，并采用JFET輸入 集成運放構(gòu)成天線后端的阻抗變換電路，其高達1〇12Ω的輸入阻抗（即天線的負(fù)載阻抗） 保證了天線的傳輸函數(shù)與頻率無關(guān)，可以實現(xiàn)對脈沖電場時域信號的原波形測量。
[0015] 2、本發(fā)明探頭電路采用貼片電阻電容、高速集成運放以及寬帶半導(dǎo)體激光器， 其-3dB帶寬達到了ΙΟΚΗζ~550MHz，可用于準(zhǔn)確測量IEC6100-2-9規(guī)定的核電磁脈沖電場 信號；也適用于雷電電磁脈沖、電磁兼容、高電壓技術(shù)等領(lǐng)域的脈沖電場測量。
[0016] 3、本發(fā)明通過優(yōu)化設(shè)計電路及降低系統(tǒng)噪聲，使探頭輸出動態(tài)范圍達40dB;同時 因探頭便于更換并使用不同尺寸的天線，從而其量程可覆蓋lOVm1~100KVm、
[0017] 4、本發(fā)明使用光纖傳輸信號，抗干擾能力強；且激光器由穩(wěn)恒功率控制電路驅(qū)動， 系統(tǒng)增益穩(wěn)定，適用于室外苛刻工作條件。
[0018] 5、本發(fā)明探頭的工程設(shè)計綜合考慮了以下三點：探頭對被測場的擾動；探頭盒體 表面作為單極子天線的參考地平面，其直徑應(yīng)大于天線長度的2倍；探頭應(yīng)容納足夠多供 電電池以保證探頭的連續(xù)工作時間。通過軟件仿真模擬和實際應(yīng)用驗證，設(shè)計研制的電場 探頭可以保證測量信號的真實性，同時探頭的連續(xù)工作時間也達到了 50小時。
【附圖說明】
[0019] 圖1是探頭屏蔽盒體工程結(jié)構(gòu)圖；
[0020] 圖2是探頭電路結(jié)構(gòu)框圖；
[0021] 圖3是探頭電路圖；
[0022] 圖4是探頭頻域響應(yīng)圖；
[0023] 圖5是探頭強脈沖電場測量靈敏度（6mm長度天線）；
[0024] 圖6是探頭弱脈沖電場測量靈敏度（66mm長度天線）；
[0025] 圖7是探頭工作示意圖；
[0026] 附圖標(biāo)記如下：1-電子線路板，2-金屬屏蔽盒，3-天線安裝座，4-單極圓柱天線， 5-絕緣套件，6-電場測試探頭，7-光纖。
【具體實施方式】