本发明专利技术公开了一种电磁脉冲辐射场测试探头、测试系统及测试方法，所述探头包括电小单极子天线、金属屏蔽壳体和电光转换电路，所述电小单极子天线的一端位于所述金属屏蔽壳体外，所述电小单极子天线的另一端穿过所述金属屏蔽壳体上的天线引入孔后进入到所述金属屏蔽壳体内，且进入到所述金属屏蔽壳体内的所述电小单极子天线的端部与所述电光转换电路的信号输入端电连接，所述电光转换电路的信号输出端为所述测试探头的光信号输出端。所述探头具有工作频率范围宽、动态范围大、灵敏度可调节、电路结构简单、易于小型化等优点。
Electromagnetic pulse radiation field testing probe, testing system and testing method
【技术实现步骤摘要】
电磁脉冲辐射场测试探头、测试系统及测试方法
本专利技术涉及电磁信号检测
，尤其涉及一种电磁脉冲辐射场测试探头、测试系统及测试方法。
技术介绍
电磁脉冲在时域上具有快上升沿、高幅值、窄脉冲宽度的特点，在频域上表现为覆盖的频带很宽，这使得各种电子设备容易受到电磁脉冲的影响。因此，研究电磁脉冲对电子设备的电磁兼容试验变得尤为重要，在试验中，经常会用到雷电电磁脉冲、静电电磁脉冲、核电磁脉冲和超宽带电磁脉冲作为电磁脉冲源，利用场形成装置辐射出电磁脉冲场，通过分析电磁脉冲辐射场的时域波形可以判断其辐射场的具体数值、辐射场的上升沿和脉冲宽度等参数，这是确定电子设备敏感度阈值的必要条件，因此，如何对电磁脉冲辐射场进行准确测量是电磁兼容试验中最为关键的一个环节。目前，现有的场测试装置，比如EMR200场强计，只能用来对场强为1kV/m以下不同频率的连续波进行准确测量，而对于电磁脉冲的测量，传统的测量手段是利用不同频率的天线将场信号转换为电压信号，然后通过同轴电缆将该信号传送至矢量网络分析仪进行场波形的实时显示。由于天线本身所覆盖的频率范围有限，所以，进行超宽频带的电磁脉冲测试势必会出现信号的失真，无法真实的还原场波形，而且较大尺寸的天线也会产生场畸变效应；另外，利用同轴电缆进行信号传输会造成其本身受到强电磁脉冲场的影响，从而引入外界的电磁干扰。因此，现有的电磁脉冲辐射场测试装置均是采用光纤作为信号传输的载体，这就涉及到电信号和光信号的调制，其核心的技术难题就是在超宽频带上实现电场信号的获取、转换和调制，最终实现电磁脉冲辐射场不失真测试，前期的研究主要是利用电小天线感知电场信号，然后由阻抗变换电路、跟随电路、恒流电路或放大驱动电路和电光转换电路实现光信号的输出，由于电路结构较为复杂，尤其是阻抗变换电路和放大驱动电路会严重的限制信号传输带宽，导致高频成分的丢失。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是如何提供一种用于在强场电磁环境下电磁脉冲辐射场测试的电磁脉冲辐射场测试探头。为解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案是：一种电磁脉冲辐射场测试探头，其特征在于：包括电小单极子天线、金属屏蔽壳体和电光转换电路，所述电小单极子天线的一端位于所述金属屏蔽壳体外，所述电小单极子天线的另一端穿过所述金属屏蔽壳体上的天线引入孔后进入到所述金属屏蔽壳体内，且进入到所述金属屏蔽壳体内的所述电小单极子天线的端部与所述电光转换电路的信号输入端电连接，所述电光转换电路的信号输出端为所述测试探头的光信号输出端。进一步的技术方案在于：所述电小单极子天线的主体为导体，所述电小单极子天线的前端暴露在被测电磁脉冲场中，用于感应电场信号；所述电小单极子天线的后端穿过金属屏蔽壳体上的天线引入孔后与电光转换电路的输入端电连接；所述电小单极子天线的主体的中间部分的外周固定有弹性绝缘层，所述弹性绝缘层的外周与所述天线引入孔的内壁直接接触，通过所述绝缘层使所述电小单极子天线与屏蔽金属壳体之间保持电绝缘。优选的，所述金属屏蔽壳体设计为圆柱形。优选的，电光转换电路板为圆形。进一步的技术方案在于：所述电光转换电路的输入端分为三路，第一路经电容C1接地，第二路经电阻R1接地，第三路与电容C2的一端连接，电容C2的另一端分为两路，第一路与电阻R2的一端连接，第二路与场效应管Q1的栅极连接，所述电阻R2的另一端分为两路，第一路经电容C5接地，第二路与电感L1的另一端连接，电感L1的另一端分为三路，第一路与电源VGG连接，第二路经电容C7接地，第三路经电容C6接地；所述场效应管Q1的源极分为两路，第一路经电阻Rs接地，第二路经电容C4接地，所述场效应管Q1的漏极经电阻Rd后分为两路，第一路与电感L2的一端连接，第二路经电容C3接地，半导体激光器U1与电阻Rd并联，所述电感L2的另一端分为三路，第一路与电源VDD连接，第二路经电容C9接地，第三路经电容C8接地；所述半导体激光器U1的信号输出端为所述电光转换电路的信号输出端。进一步的技术方案在于：MAX604型直流电压转换芯片U2的电源输出端与VDD连接，用于将+5V电压转换为+3.3V电压为场效应管Q1的漏极提供供电电压VDD；MAX840型正负电压转换芯片U3的电源输出端与VGG连接，用于将+5V电压转换为-1.24V电压，为Q1的栅极G提供供电电压VGG。本专利技术还公开了一种电磁脉冲辐射场测试系统，其特征在于：包括所述电磁脉冲辐射场测试探头，还包括光接收机以及矢量网络分析仪，所述电磁脉冲辐射场测试探头的光信号输出端通过光纤与所述光接收机的信号输入连接，所述光接收机的信号输出端与所述矢量网络分析仪的信号输入端连接；电磁脉冲信号经过所述电磁脉冲辐射场测试探头采集和处理后转换为光信号，光信号通过光纤发射给光接收机，光接收机接收到光信号之后，再将光信号转换成电信号，最终由矢量网络分析仪进行实时时域场波形的显示。本专利技术还公开了一种基于矢量网络分析仪的等效电容测试方法，所述方法使用所述电磁脉冲辐射场测试系统，其特征在于包括如下步骤：将天线等效为一个1pF的小电容，然后和分压电容以及电光转换电路共同设计为电磁脉冲辐射场测试探头，将SMA接头通过天线孔和焊盘电连接，作为测试探头的输入端与矢量网络分析仪的port1接口相连接，将光接收机的输出端与矢量网络分析仪的port2接口连接，利用矢量网络分析仪内部的信号源给电磁脉冲辐射场测试探头提供输入信号，电磁脉冲辐射场测试探头经过分压电容和电光转换电路后发射光信号，通过光纤传输至光接收机，然后光接收机输出一个电信号提供给矢量网络分析仪的另一端口，实现对所述探头在300kHz-1.5GHz的扫频，得到其频响特性曲线。采用上述技术方案所产生的有益效果在于：所述测试探头能够将电场信号转换为电压信号，再将电压信号转换为光信号，实现超宽带大动态范围电磁脉冲信号的测试，所述测试探头可用于电磁兼容试验中，进行强场电磁环境下电磁脉冲辐射场信号的测试，具有工作频率范围宽、动态范围大、灵敏度可调节、电路结构简单、易于小型化等优点。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。图1是本专利技术实施例中所述探头的结构示意图；图2是本专利技术实施例中电小单极子天线的结构示意图；图3是本专利技术实施例中所述探头的原理框图；图4是本专利技术实施例中所述电光转换电路的原理图；图5是本专利技术实施例中所述测试系统的原理框图；图6是本专利技术实施例中所述测试探头的频响特性曲线；其中：1、电小单极子天线；2、金属屏蔽壳体；3、电光转换电路；4、弹性绝缘层；5、电磁脉冲辐射场测试探头；6、光接收机；7、矢量网络分析仪；8、光纤。具体实施方式下面结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种电磁脉冲辐射场测试探头，其特征在于：包括电小单极子天线（1）、金属屏蔽壳体（2）和电光转换电路（3），所述电小单极子天线（1）的一端位于所述金属屏蔽壳体（2）外，所述电小单极子天线（1）的另一端穿过所述金属屏蔽壳体（2）上的天线引入孔后进入到所述金属屏蔽壳体（2）内，且进入到所述金属屏蔽壳体（2）内的所述电小单极子天线（1）的端部与所述电光转换电路（3）的信号输入端电连接，所述电光转换电路（3）的信号输出端为所述测试探头的光信号输出端。/n
【技术特征摘要】
1.一种电磁脉冲辐射场测试探头，其特征在于：包括电小单极子天线（1）、金属屏蔽壳体（2）和电光转换电路（3），所述电小单极子天线（1）的一端位于所述金属屏蔽壳体（2）外，所述电小单极子天线（1）的另一端穿过所述金属屏蔽壳体（2）上的天线引入孔后进入到所述金属屏蔽壳体（2）内，且进入到所述金属屏蔽壳体（2）内的所述电小单极子天线（1）的端部与所述电光转换电路（3）的信号输入端电连接，所述电光转换电路（3）的信号输出端为所述测试探头的光信号输出端。
2.如权利要求1所述的电磁脉冲辐射场测试探头，其特征在于：所述电小单极子天线（1）的主体为导体，所述电小单极子天线（1）的前端暴露在被测电磁脉冲场中，用于感应电场信号；所述电小单极子天线（1）的后端穿过金属屏蔽壳体（2）上的天线引入孔后与电光转换电路（3）的输入端电连接；所述电小单极子天线（1）的主体的中间部分的外周固定有弹性绝缘层（4），所述弹性绝缘层（4）的外周与所述天线引入孔的内壁直接接触，通过所述绝缘层使所述电小单极子天线（1）与屏蔽金属壳体（2）之间保持电绝缘。
3.如权利要求1所述的电磁脉冲辐射场测试探头，其特征在于：所述金属屏蔽壳体（2）设计为圆柱形。
4.如权利要求1所述的电磁脉冲辐射场测试探头，其特征在于：电光转换电路板为圆形。
5.如权利要求1所述的电磁脉冲辐射场测试探头，其特征在于：所述电光转换电路的输入端分为三路，第一路经电容C1接地，第二路经电阻R1接地，第三路与电容C2的一端连接，电容C2的另一端分为两路，第一路与电阻R2的一端连接，第二路与场效应管Q1的栅极连接，所述电阻R2的另一端分为两路，第一路经电容C5接地，第二路与电感L1的另一端连接，电感L1的另一端分为三路，第一路与电源VGG连接，第二路经电容C7接地，第三路经电容C6接地；所述场效应管Q1的源极分为两路，第一路经电阻Rs接地，第二路经电容C4接地，所述场效应管Q1的漏极经电阻Rd后分为两路，第一路与电感L2的一端连接，第二路经电容C3接地，半导体激光器U1与电阻Rd并...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵敏，陈亚洲，程二威，周星，杨清熙，王妍，
申请(专利权)人：中国人民解放军陆军工程大学，
类型：发明
国别省市：河北;13
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