一种基于有源电光调制的套筒单极子电场传感器及方法技术

本发明专利技术属于电磁兼容测试技术领域，公开的一种基于有源电光调制的套筒单极子电场传感器及方法，该方法采用的套筒单极子电场传感器包括套筒单极子天线、屏蔽壳体、匹配放大电路、电光转换电路、光纤、光电接收机，所述屏蔽壳体顶端的中心位置设置有套筒单极子天线，屏蔽壳体的腔体内设置有匹配放大电路、电光转换电路，所述的套筒单极子天线通过SMA接口与匹配放大电路、电光转换电路相连，电光转换电路通过光纤穿过套管与光电接收机相连。本发明专利技术适用于电子设备表面处、内部狭小空间内电场测量，及非平坦表面电场测量和壳体、材料屏蔽效能弱场信号测量。展宽了天线带宽、减小了天线高度、缩小了接收部分的体积和对电场的扰动，提高了天线灵敏度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电磁兼容测试领域，涉及的一种基于有源电光调制的套筒单极子电场传感器及方法，主要用于测量电子设备表面处、狭小空间内电场，尤其适用于非平坦表面电场测量和壳体、材料屏蔽效能弱场信号测量。
技术介绍
在进行电磁兼容测试时，可能需要对非平坦导体表面上，如飞机机身、弹体表面等和狭小空间内的电场进行测量。此时，常用的场强计由于体积较大无法胜任，通常会使用一些自制的单极子天线进行测量，也即是天线直接感应法。而普通的单极子天线测量方法存在着一些缺点，如天线的频带较窄，根据不同频段需要多次更换天线，天线馈线的引入不可避免对内部场产生扰动，同样容易也引入干扰信号。除了天线直接感应法外，还有基于电光调制的电场传感器测量方法，其原理是将电场信号转换为光调制信号，经光纤传输后由光解调还原为被测电场信号，根据对光信号调制方式的不同，可分为无源电光调制法和有源电光调制法。无源电光调制法受限于系统灵敏度及激光器稳定性等原因，制作工艺复杂，成本偏高。而有源电光调制法则结合了天线直接感应法和无源电光调制法的优点，将天线感应的电场信号进行有源电光调制后，经由光纤传送到外部的光电转换模块，减小了测量系统体积偏大的问题，易于工程实现。但是，目前有源电光调制法主要应用于强场环境测试，使用电小天线接收，目的是为了在宽频带（如数Hz至GHz）内保持天线性能不变，从而达到脉冲波形的保真，同时也导致了天线在其工作频段内回波损耗巨大，天线灵敏度较小，不适用于弱场测量。减小测试装置、线缆对场的扰动，对非平坦表面上、狭小空间内的电场进行测量仍然是电磁兼容测试中必须面对的问题，尤其是在电磁屏蔽效能等弱场测量中急需具备的能力。
技术实现思路
本专利技术基于有源电光调制技术，提供了一种基于有源电光调制的套筒单极子电场传感器及方法，是测量电子设备内部小空间内及其表面处电场的传感器，该电场传感器通过倒锥形单极子设计和套筒加载技术，增大了天线的有效长度，展宽了天线工作带宽。本专利技术所采用的技术方案是：一种基于有源电光调制的套筒单极子电场传感器，包括套筒单极子天线1、屏蔽壳体2、匹配放大电路3、电光转换电路4、光纤5、光电接收机6，所述屏蔽壳体2顶端的中心位置设置有套筒单极子天线1，屏蔽壳体2的腔体内设置有匹配放大电路3、电光转换电路4，所述的套筒单极子天线1通过SMA接口与匹配放大电路3、电光转换电路4相连，电光转换电路4通过光纤5穿过套管与光电接收机6相连。一种基于有源电光调制的套筒单极子电场传感器，所述套筒单极子天线1由提高阻抗匹配性能的倒锥形单极子8和内套筒10和外套筒9结合组成，倒锥形单极子的上端直径为5.60mm，下端直径为1.27mm，长度为35mm；外套筒直径为5.56mm、长度为14mm；内套筒直径为2.92mm、长度为3.92mm。一种基于有源电光调制的套筒单极子电场传感器，所述屏蔽壳体2由两个相同的开口腔体结构套装组成，屏蔽壳体2套装的内开口腔体结构的顶部的开口端设置有垂直的内套筒10，屏蔽壳体2套装的外开口腔体结构的顶部的开口端设置有垂直的外套筒9；外套筒9与内套筒10之间设置有隔板，套装的内开口腔体结构的侧部与同向的外开口腔体结构的侧部之间设置有套管。一种基于有源电光调制的套筒单极子电场传感器，所述屏蔽壳体2套装的外开口腔体结构为圆桶形铝制壳体，直径R1=75mm，高度H4=28mm。一种基于有源电光调制的套筒单极子电场传感器的工作方法，采用倒锥形单极子8感应周围空间的电场信号形成电压信号，电压信号经过匹配放大电路3后，经由电光转换电路3将电压信号转为为光信号，光纤5将光信号传输至光电接收机6转换为电压信号，测量电子设备表面和狭小空间内的电场，对非平坦表面电场测量和壳体、材料屏蔽效能弱电场信号测量；其步骤如下：1）、连接频谱分析仪7，屏蔽壳体2顶部的套筒单极子天线1通过匹配放大电路3与电光转换电路4连接，电光转换电路4通过光纤5穿过套管与光电接收机6相连；光电接收机6通过同轴线缆连接频谱分析仪7；2）、套筒单极子天线1将感应到的电场信号转换为电压信号，电压信号经匹配放大电路3放大后输入到电光转换电路4调制为光信号，再经光纤5从屏蔽壳体2侧面开的小孔套管传输到光电接收机6转换为电压信号对外输出；当将接收前端放置在需要测量电子设备的非平坦表面上，然后将接收前端通过光纤与光电接收机6连接，在使用同轴线缆与频谱分析仪7相连，给接收前端和光电接收机供电，并打开频谱分析仪7，将频谱分析仪7的中心频率调谐到待测量频点，读取或记录指定带宽内的频谱曲线，得到非平坦表面处的电场值；如需得到精确的电场值，还需要在标准场下进行标定，将频谱分析仪7测量值进行换算；当接收前端放置在需要测量电子设备的狭小空间内，然后将接收前端通过光纤与光电接收机6连接，在使用同轴线缆与频谱分析仪7相连，给接收前端和光电接收机供电，并打开频谱分析仪7，将频谱分析仪7的中心频率调谐到待测量频点，读取或记录指定带宽内的频谱曲线，即可得到狭小空间处的电场值；如需得到精确的电场值，还需要在标准场下进行标定，将频谱分析仪7测量值进行换算；当接收前端放置在屏蔽体内部，然后将接收前端通过光纤与光电接收机6连接，在使用同轴线缆与频谱分析仪7相连，给接收前端和光电接收机供电，并打开频谱分析仪7，将频谱分析仪7的中心频率调谐到待测量频点，读取或记录指定带宽内的频谱曲线，得到屏蔽体内部的电场值；如需得到精确的电场值，还需要在标准场下进行标定，将频谱分析仪7测量值进行换算。由于采用如上所述的技术方案，本专利技术具有如下优越性：（1）倒锥形单极子设计增大了天线的有效长度，在相同长度的圆柱形单极子天线相比拥有更低的谐振频点，从2.038GHz降低到1.8GHz；（2）内、外套筒的设计提高了天线的阻抗匹配性能，大大展宽了天线的可用带宽（回波损耗小于-10dB），从145MHz增加到321MHz，提高了天线的灵敏度；（3）有源电光调制法的使用缩小了接收部分的体积和对电场的扰动，光纤的使用减小了线缆对场的扰动以及线缆可能引入的干扰；（4）基于以上设计本专利技术可以测量电子设备表面处、狭小空间内电场，尤其适用于非平坦表面电场测量和壳体、材料屏蔽效能弱场信号测量。与通常的圆柱形单极子天线相比，本专利技术仅使用35mm长的倒锥形单极子天线即获得了1.8GHz的谐振频率，并将天线的可用带宽的回波损耗小于10dB，从145MHz增加到321MHz，减小了天线高度、展宽了天线带宽、提高了天线灵敏度。附图说明图1是基于有源电光调制的套筒单极子电场传感器组成框图及其与频谱分析仪组成的测量系统图；图2是接收前端部分设计图剖面图；图3是接收前端部分设计图俯视图；图4为在非平坦表面上的弱电场测量图；图5为狭小空间内的弱电场测量图；图6为屏蔽体内部的弱电场测量图。具体实施方式图1是本专利技术一种基于有源电光调制的套筒单极子电场传感器，主要由六个部分组成，分别是：套筒单极子天线1、屏蔽壳体2、匹配放大电路3、电光转换电路4、光纤5、光电接收机6。其中，套筒单极子天线1、屏蔽壳体2、电光转换电路4组成接收前端。屏蔽壳体2为圆柱形铝制壳体，直径R1=75mm，高度H4=28mm，用于防止外部电场对内部电路的干扰，其内部安装了匹配放大电路3和电光转换电路4。套本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于有源电光调制的套筒单极子电场传感器，其特征在于：包括套筒单极子天线1、屏蔽壳体2、匹配放大电路3、电光转换电路4、光纤5、光电接收机6，所述屏蔽壳体2顶端的中心位置设置有套筒单极子天线1，屏蔽壳体2的腔体内设置有匹配放大电路3、电光转换电路4，所述的套筒单极子天线1通过SMA接口与匹配放大电路3、电光转换电路4相连，电光转换电路4通过光纤5穿过套管与光电接收机6相连。

【技术特征摘要】
1.一种基于有源电光调制的套筒单极子电场传感器，其特征在于：包括套筒单极子天线1、屏蔽壳体2、匹配放大电路3、电光转换电路4、光纤5、光电接收机6，所述屏蔽壳体2顶端的中心位置设置有套筒单极子天线1，屏蔽壳体2的腔体内设置有匹配放大电路3、电光转换电路4，所述的套筒单极子天线1通过SMA接口与匹配放大电路3、电光转换电路4相连，电光转换电路4通过光纤5穿过套管与光电接收机6相连。2.根据权利要求1所述的一种基于有源电光调制的套筒单极子电场传感器，其特征在于：所述套筒单极子天线1由提高阻抗匹配性能的倒锥形单极子8和内套筒10和外套筒9结合组成，倒锥形单极子的上端直径为5.60mm，下端直径为1.27mm，长度为35mm；外套筒直径为5.56mm、长度为14mm；内套筒直径为2.92mm、长度为3.92mm。3.根据权利要求1所述的一种基于有源电光调制的套筒单极子电场传感器，其特征在于：所述屏蔽壳体2由两个相同的开口腔体结构套装组成，屏蔽壳体2套装的内开口腔体结构的顶部的开口端设置有垂直的内套筒10，屏蔽壳体2套装的外开口腔体结构的顶部的开口端设置有垂直的外套筒9；外套筒9与内套筒10之间设置有隔板，套装的内开口腔体结构的侧部与同向的外开口腔体结构的侧部之间设置有套管。4.根据权利要求1所述的一种基于有源电光调制的套筒单极子电场传感器，其特征在于：所述屏蔽壳体2套装的外开口腔体结构为圆桶形铝制壳体，直径R1=75mm，高度H4=28mm。5.一种基于有源电光调制的套筒单极子电场传感器的工作方法，其特征在于：采用倒锥形单极子8感应周围空间的电场信号形成电压信号，电压信号经过匹配放大电路3后，经由电光转换电路3将电压信号转为为光信号，光纤5将光信号传输至光电接收机6转换为电压信号，测量电子设备...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈翔，王阳阳，韩慧，郝晓军，吴若无，许雄，曾勇虎，董俊，洪丽娜，
申请(专利权)人：电子信息系统复杂电磁环境效应国家重点实验室，
类型：发明
国别省市：河南;41