[发明专利]灵敏度系数可调同轴高压脉冲探头

说明书

技术领域

本发明涉及一种灵敏度系数可调的同轴脉冲电压测试装置，属于脉冲电场传感器技术领域。

背景技术

瞬变电磁脉冲前沿快、频谱宽，对电子电气设备与系统具有较大的威胁。研究瞬变电磁脉冲的干扰破坏机理及有效防护方法必须对瞬变电磁脉冲场进行准确有效的测试。

IEEE关于9kHz~40GHz电磁场传感器校准标准中，对于GHz以上瞬变脉冲场的测试推荐采用GTEM室。利用GTEM室测试校准瞬变脉冲场时，校准信号的获取有输入端获取、负载端获取和信号源断开获取三种方式。当从负载端获取信号时，得到的信号受场传输距离和负载扰动影响较大。把脉冲源断开后直接获取信号时，对脉冲源和场产生装置的稳定性和重复性要求较高。而从输入端获取校准信号时，得到的信号受系统干扰较小，测试精度较高，但目前现有的脉冲探头难以满足此需要。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足之处，针对GTEM室测试校准系统中从输入端获取校准信号的需求,提供一种灵敏度系数可调同轴高压脉冲探头。

本发明的灵敏度系数可调同轴高压脉冲探头，包括信号输入/输出连接头（1）、绝缘支撑垫圈（2）、刚性同轴线、探针形电场传感器（6）、灵敏度调节螺母（7）、套件（8）、灵敏度标尺（9）、灵敏度指示线（10）和电场耦合输出连接头（11），所述的刚性同轴线由刚性同轴线内导体（3）、刚性同轴线外导体（4）、刚性同轴线内外导体间填充介质（5）组成，所述的信号输入/输出连接头（1）和电场耦合输出连接头（11）位于探头的端口，所述的绝缘支撑垫圈（2）位于信号输入/输出连接头（1）和电场耦合输出连接头（11）内侧，所述的刚性同轴线内导体（3）固定在刚性同轴线外导体（4）内侧，所述的探针形电场传感器（6）固定在灵敏度调节螺母（7）的内侧，所述的套件（8）固定在灵敏度调节螺母（7）的外侧，所述的灵敏度标尺（9）设在套件（8）中间透明部位的两侧，所述的灵敏度指示线（10）设在灵敏度调节螺母（7）上对应灵敏度标尺（9）位置。

所述的信号输入/输出连接头（1）和电场耦合输出连接头（11）的外部接口均为螺纹结构,所说的信号输入/输出连接头（1）和电场耦合输出连接头（11）的端口特性阻抗为50Ω。

所述的刚性同轴线内导体（3）的外径为3 mm，所述的刚性同轴线外导体（4）的内径为7 mm，所述的刚性同轴线内外导体间填充介质（5）为空气，所述的刚性同轴线的特性阻抗为50Ω。

所说的灵敏度标尺（9）上标识有灵敏度参数，标识的灵敏度参数为电场传感器顶端到内导体中心的距离，在标定的灵敏度系数曲线上不同距离对应着不同的灵敏度系数；所说的灵敏度调节螺母（7）用于选择灵敏度系数；所述的灵敏度指示线（10）用于指示灵敏度参数。

本发明的原理是：被测瞬变脉冲在刚性同轴线内外导体间形成电磁场，内外导体间的电场传感器在电磁场中产生感应电压，并通过耦合端口输出到接收设备。刚性同轴线内外导体间的电场分布符合方程式（1）

式（1）中，为注入到刚性同轴线的瞬变脉冲电压，为刚性同轴线截面上内外导体间某点到中心的距离，为距离中心处的径向电场，为刚性同轴线外导体内径，为刚性同轴线内导体外径。通过调节电场传感器顶端到刚性同轴线中心的距离，可以耦合输出不同的电压值，即改变了脉冲探头的灵敏度系数。

瞬变脉冲电场传感器通常采用电小天线作为接收单元，这样可以保证信号在天线中传播时间远远小于信号前沿上升时间，从而保持瞬变脉冲原有波形。通常，在无线电测试领域，电小天线形状主要有球形、倒锥形和圆柱形等。经过仿真计算和试验发现，电小天线尺寸较小时，其形状对电场耦合输出端口的特性阻抗基本没影响。对比不同的电小天线，探针形天线的尺寸较小，对刚性同轴线内外导体间电磁场的扰动很小。而且，探针形电场传感器，结构简单，便于制作。因此，本发明的电场传感器优选探针形结构。

本发明的灵敏度系数可调同轴高压脉冲探头，具有如下效果：

1、满足GTEM室测试校准时从输入端获取信号的需要， 可用于上升时间≤2.8 ns的瞬变脉冲场测试校准；

2、可根据瞬变脉冲的测量量程需要，通过灵敏度调节螺母选择灵敏度系数；

3、信号输入/输出连接头和电场耦合输出连接头的端口特性阻抗为50Ω，便于与50Ω测试系统匹配连接；

4、探针形电场传感器对被测场扰动较小，且结构简单，便于制作。

附图说明