一種電磁脈沖電場(chǎng)探頭時(shí)域校準(zhǔn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電磁脈沖電場(chǎng)探頭時(shí)域校準(zhǔn)方法，屬于瞬態(tài)電磁脈沖電場(chǎng)測(cè)量領(lǐng)域，為瞬態(tài)電磁脈沖電場(chǎng)測(cè)量設(shè)備提供校準(zhǔn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電磁脈沖測(cè)量是電磁脈沖試驗(yàn)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，電磁脈沖測(cè)量需要獲得待測(cè)電場(chǎng)或磁場(chǎng)的時(shí)域波形，因此需要對(duì)測(cè)量電磁脈沖電場(chǎng)或磁場(chǎng)的探頭(設(shè)備)在時(shí)域直接進(jìn)行校準(zhǔn)。
[0003]常用的電場(chǎng)探頭校準(zhǔn)方法主要在頻域進(jìn)行校準(zhǔn)，該方法在校準(zhǔn)過程中信號(hào)源輸出特定幅值、特定頻率的連續(xù)波信號(hào)，通過對(duì)比產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)值和待測(cè)電場(chǎng)探頭的讀數(shù)達(dá)到校準(zhǔn)的目的。一次測(cè)量?jī)H能在單個(gè)頻點(diǎn)對(duì)電場(chǎng)探頭進(jìn)行校準(zhǔn)，需經(jīng)過多次測(cè)量才能實(shí)現(xiàn)對(duì)待測(cè)電場(chǎng)探頭的校準(zhǔn)，該方法校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)過程復(fù)雜，消耗時(shí)間長(zhǎng)。
[0004]2009年專利CN101561481公開了一種高頻電場(chǎng)探頭校準(zhǔn)方法，該校準(zhǔn)方法采用標(biāo)準(zhǔn)天線法實(shí)現(xiàn)了對(duì)電場(chǎng)探頭的頻域校準(zhǔn)，由于該方法在頻域校準(zhǔn)，校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)過程復(fù)雜，而且該方法僅能對(duì)小尺寸電場(chǎng)探頭進(jìn)行校準(zhǔn)。
[0005]2006年出版的《安全與電磁兼容》第6期(86?88頁)雜志中《光纖傳輸脈沖電場(chǎng)傳感器的時(shí)域校準(zhǔn)》一文公開了一種電磁脈沖電場(chǎng)傳感器時(shí)域校準(zhǔn)裝置及方法，該裝置采用標(biāo)準(zhǔn)場(chǎng)法，由TEM小室產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)電場(chǎng)實(shí)現(xiàn)了電場(chǎng)傳感器的時(shí)域校準(zhǔn)，受TEM小室內(nèi)部工作空間的限制，該校準(zhǔn)方法僅能對(duì)小體積電場(chǎng)探頭進(jìn)行時(shí)域校準(zhǔn)。
[0006]針對(duì)上述存在的問題，本發(fā)明提供了一種電磁脈沖電場(chǎng)探頭時(shí)域校準(zhǔn)方法，該校準(zhǔn)方法采用標(biāo)準(zhǔn)天線法，可直接在時(shí)域完成電磁脈沖電場(chǎng)探頭的校準(zhǔn)工作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是提供一種電磁脈沖電場(chǎng)探頭時(shí)域校準(zhǔn)方法，該校準(zhǔn)方法的優(yōu)點(diǎn)是:采用標(biāo)準(zhǔn)天線法，整個(gè)校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)在電波暗室中進(jìn)行，電波暗室為校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)提供一個(gè)相對(duì)“干凈”的電磁環(huán)境，脈沖信號(hào)源及數(shù)字示波器放置在電波暗室控制室中，與工作天線進(jìn)行有效的隔離，減小了校準(zhǔn)過程中用電設(shè)備帶來的干擾。本發(fā)明提供的電磁脈沖電場(chǎng)探頭時(shí)域校準(zhǔn)方法可快速地完成較大尺寸電磁脈沖電場(chǎng)探頭的時(shí)域校準(zhǔn)。
[0008]本發(fā)明所述的電磁脈沖電場(chǎng)探頭時(shí)域校準(zhǔn)方法，包括控制室、電波暗室、發(fā)射天線、標(biāo)準(zhǔn)接收天線、敷設(shè)吸波材料區(qū)域、屏蔽射頻電纜、屏蔽射頻信號(hào)線、轉(zhuǎn)接板、脈沖信號(hào)源、數(shù)字示波器；控制室與電波暗室通過轉(zhuǎn)接板進(jìn)行設(shè)備間的連接及信號(hào)傳輸，校準(zhǔn)試驗(yàn)在電波暗室中進(jìn)行，電波暗室四周墻壁及頂部均貼有吸波材料，發(fā)射天線與標(biāo)準(zhǔn)接收天線之間的敷設(shè)吸波材料區(qū)域放置吸波材料，發(fā)射天線及標(biāo)準(zhǔn)接收天線極化方向相同；脈沖信號(hào)源及數(shù)字示波器放置在控制室內(nèi)，脈沖信號(hào)源通過屏蔽射頻電纜向發(fā)射天線饋入脈沖電壓信號(hào)，發(fā)射天線向外輻射電磁脈沖，標(biāo)準(zhǔn)接收天線接收發(fā)射天線輻射的脈沖電場(chǎng)，數(shù)字示波器通過屏蔽射頻信號(hào)線與標(biāo)準(zhǔn)接收天線或待校準(zhǔn)電場(chǎng)探頭相連，記錄標(biāo)準(zhǔn)接收天線或待校準(zhǔn)電場(chǎng)探頭測(cè)得的電壓信號(hào)波形，通過一定的算法對(duì)測(cè)得電壓信號(hào)進(jìn)行處理后得到待校準(zhǔn)電場(chǎng)探頭的時(shí)域傳遞函數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁脈沖電場(chǎng)探頭的時(shí)域校準(zhǔn)。
[0009]電波暗室四周墻壁及頂部均貼有吸波材料，同時(shí)在發(fā)射天線與標(biāo)準(zhǔn)接收天線之間的地面上也放置了吸波材料，有效減小了電磁信號(hào)的反射，從而為電磁脈沖電場(chǎng)探頭校準(zhǔn)測(cè)試創(chuàng)造了一個(gè)相對(duì)“干凈”的電磁環(huán)境。
[0010]所述校準(zhǔn)過程中脈沖信號(hào)源采用高壓脈沖源，其輸出高壓脈沖信號(hào)前沿Ins?2ns可調(diào)，脈寬1ns?10ns可調(diào)，輸出脈沖前沿抖動(dòng)在20ps?50ps范圍內(nèi)。
[0011]高壓脈沖信號(hào)源通過屏蔽射頻電纜向發(fā)射天線饋入高壓脈沖信號(hào)，標(biāo)準(zhǔn)接收天線通過屏蔽射頻信號(hào)線與數(shù)字示波器連接，其中射頻電纜及信號(hào)線均通過暗室墻上的專用轉(zhuǎn)接板實(shí)現(xiàn)暗室內(nèi)及控制室內(nèi)的設(shè)備連接，這樣有效減小了用電設(shè)備及射頻電纜引入的干擾，同時(shí)還可以有效防止電波暗室的電磁泄漏。
[0012]所述發(fā)射天線及標(biāo)準(zhǔn)接收天線均采用寬帶天線/雙錐天線。
[0013]發(fā)射天線及標(biāo)準(zhǔn)接收天線均采用寬帶天線，且天線放置時(shí)兩者極化方向相同，標(biāo)準(zhǔn)接收天線經(jīng)過了上級(jí)計(jì)量部門檢定，天線系數(shù)已在校準(zhǔn)證書中給出。
[0014]所述電波暗室內(nèi)的吸波材料，其內(nèi)部場(chǎng)均勻性經(jīng)過了上級(jí)計(jì)量部門的校準(zhǔn)檢定，頻率范圍為1KHz?300MHz時(shí)，屏蔽效能為70dB。
[0015]該方法按以下步驟進(jìn)行:
[0016]S1:在電波暗室內(nèi)按照地面標(biāo)識(shí)位置放置發(fā)射天線及標(biāo)準(zhǔn)接收天線，發(fā)射天線與標(biāo)準(zhǔn)接收天線間距離為3m，高度均為距離所述電波暗室地面1.2m，連接好測(cè)試設(shè)備；
[0017]S2:關(guān)閉電波暗室屏蔽門，脈沖信號(hào)源向發(fā)射天線輸出高壓脈沖信號(hào)u(t)，數(shù)字示波器記錄標(biāo)準(zhǔn)接收天線接收到的電壓信號(hào)波形11。(0，其中t為測(cè)量時(shí)間；
[0018]S3:關(guān)閉脈沖信號(hào)源輸出，發(fā)射天線位置、極化方向不變，撤掉標(biāo)準(zhǔn)接收天線，在標(biāo)準(zhǔn)接收天線位置放置待校準(zhǔn)電場(chǎng)探頭，高度為1.2m，極化方向與發(fā)射天線相同；
[0019]S4:打開脈沖信號(hào)源，輸出高壓脈沖信號(hào)波形不變?nèi)詾閡(t)，數(shù)字示波器記錄待校準(zhǔn)電場(chǎng)探頭測(cè)得電壓信號(hào)波形ujt)；
[0020]S5:u0(t)、U1 (t)分別經(jīng)傅里葉變換得U0(W)、U1 (W),標(biāo)準(zhǔn)接收天線頻域天線因子H0(W)已知,則待校準(zhǔn)電場(chǎng)探頭頻域天線因子H1(W) = U0(W) XHq(W)AJ1 (W),其中w = 2 π f,w為角頻率，f為頻率；
[0021]S6 =H1(W)經(jīng)傅里葉反變換后得到待校準(zhǔn)電場(chǎng)探頭時(shí)域傳遞函數(shù)Ii1 (t)，即電場(chǎng)探頭時(shí)域天線因子，校準(zhǔn)結(jié)束。
[0022]發(fā)射天線及標(biāo)準(zhǔn)接收天線放置位置固定，暗室地面有相應(yīng)的位置標(biāo)識(shí)符號(hào)，發(fā)射天線及標(biāo)準(zhǔn)接收天線之間的距離為3m，兩者的高度均為距離暗室地面1.2m，這樣能有效減小校準(zhǔn)過程中因天線位置變化而引入的校準(zhǔn)誤差。
[0023]校準(zhǔn)過程中采用的數(shù)字示波器帶寬為500MHz。
[0024]本發(fā)明所述的校準(zhǔn)方法的優(yōu)點(diǎn)如下:
[0025]該校準(zhǔn)方法采用標(biāo)準(zhǔn)天線法，整個(gè)校準(zhǔn)過程在均勻性性及屏蔽性能良好，且符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)電波暗室中進(jìn)行，電波暗室為校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)提供一個(gè)相對(duì)“干凈”的電磁環(huán)境。脈沖信號(hào)源及數(shù)字示波器放置在電波暗室控制室中，與工作天線進(jìn)行有效的隔離，減小了校準(zhǔn)過程中用電設(shè)備帶來的干擾。本發(fā)明提供的電磁脈沖電場(chǎng)探頭時(shí)域校準(zhǔn)方法可快速、準(zhǔn)確地完成較大尺寸電磁脈沖電場(chǎng)探頭的時(shí)域校準(zhǔn)。
【附圖說明】
[0026]圖1試驗(yàn)設(shè)施布置示意圖
[0027]圖2校準(zhǔn)試驗(yàn)流程圖
[0028]其中:1、電波暗室控制室，2、電波暗室，3、發(fā)射天線，4、標(biāo)準(zhǔn)接收天線，5、暗室地面敷設(shè)吸波材料區(qū)域，6、屏蔽射頻電纜，7、屏蔽射頻信號(hào)線，8、暗室墻上轉(zhuǎn)接板，9、脈沖信號(hào)源，10、數(shù)字示波器。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的
【發(fā)明內(nèi)容】
作進(jìn)一步的描述。
[0030]實(shí)施例一
[0031]如圖1所示，本實(shí)施例提供的用于電磁脈沖電場(chǎng)探頭時(shí)域校準(zhǔn)方法中包括控制室1、電波暗室2、發(fā)射天線3、標(biāo)準(zhǔn)接收天線4、敷設(shè)吸波材料區(qū)域5、屏蔽射頻電纜6、屏蔽射頻信號(hào)線7、轉(zhuǎn)接板8、脈沖信號(hào)源9、數(shù)字示波器10。所述發(fā)射天線3、標(biāo)準(zhǔn)接收天線4放置在所述電波暗室2中，電波暗室2地面上貼有發(fā)射天線及接收天線位置標(biāo)識(shí)，所述脈沖信號(hào)源9、數(shù)字示波器10放置在所述控制室I中。所述控制室I與所述電波暗室2進(jìn)行了有效的隔離，兩者間通過所述電波暗室2墻上的轉(zhuǎn)接板8進(jìn)行設(shè)備間的連接及信號(hào)傳輸。校準(zhǔn)過程中，所述發(fā)射天線3與所述標(biāo)準(zhǔn)接收天線4間極化方向相同，兩者間距離為3m，高度均為距離所述電波暗室2地面1.2m,發(fā)射天線3與標(biāo)準(zhǔn)接收天線4之間的敷設(shè)吸波材料區(qū)域5放置吸波