一种宽频带脉冲电场测试探头的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电磁场测量装置，具体涉及一种用于测量快前沿脉冲电场信号的宽频 带测试探头。
【背景技术】
[0002] 核爆炸产生的强电磁脉冲，可以通过线缆或天线将能量耦合到电子设备中，从而 对其中的电子器件造成损伤，导致设备功能失效甚至损毁。核爆电磁脉冲及其工程防护技 术一直受到普遍关注，IEC的通讯委员会（TC-77)将其列为民用电子设备、电子系统和装置 需要加以防护的高功率电磁环境，国内外也早已开展了大量核电磁脉冲模拟及其效应研究 工作。脉冲电场测量装置在这一领域主要起到以下两方面的作用：衡量模拟装置产生的电 场环境是否达到预定技术指标，能否用于设备的抗电磁脉冲试验考核和性能评估；获取试 验环境电场分布、受试系统内部耦合电场等重要参数，以作为武器装备抗核电磁脉冲考核 验证和性能评估的数据基础。
[0003] 脉冲电场信号测量是一种时域测量，为了真实的再现被测脉冲波形，测量探头的 传输函数在被测信号的频谱范围内应保持不变。同时，测量探头的量程覆盖范围需足够大， 以满足环境电场和耦合电场的测量需求。IEC6100-2-9将NEMP波形峰值规定为50KVm\前 沿为2. 5 ±0. 5ns、半峰宽（FWHM)为23 ± 5ns。依据这一标准开展核电磁脉冲模拟装置建设 和效应研究工作，测量探头频带宽度应大于l〇k~500MHz，量程范围覆盖10~lOOkVm^
[0004] 常见的频域电场探头不能应用于脉冲信号测量；一些采用电缆传输信号的宽频 带天线，因其抗电磁干扰能力差，信号传输距离短，实际应用过程中局限性很大（新型偶 极子电场探测器及对空间电场的测量[J]，祝敏等，传感器技术，2000年4月，第19卷第 4期）；武汉电磁兼容性国防科技重点实验室研制了光纤传输的瞬态电磁脉冲场测试仪 (ZL200520097960. 0)，但不能用来测量上升时间小于2ns的信号；西北核技术研究所研制 的宽频带电光式脉冲电场测量系统（ZL01131849.X)，利用晶体的电光效应原理，基于集成 光波导调制器并配以特型天线，通过光纤传输信号，其频率响应达到了 〇. 1Hz~700MHz，但 其量程范围偏小，约为Vm1~KVm\且该测量装置对工作环境要求较高。
【发明内容】
[0005] 为了解决现有的频域电场探头存在抗干扰能力差、量程范围小的技术问题，本发 明提供一种宽频带脉冲电场测试探头。本发明所提供的电场测试探头宽频带、大量程、抗干 扰能力强的基于光纤传输的宽频带脉冲电场测试探头，其采用长度可变的电小天线匹配以 宽频带电子电路，并通过光纤传输测量信号，该探头_3dB带宽为10k~550MHz，量程范围覆 盖10~lOOKVm1，且在其输出动态范围内线性度良好，可以用于核电磁脉冲效应试验中电 场信号的准确测量。
[0006] 本发明的技术解决方案为：
[0007] -种宽频带脉冲电场测试探头，其特殊之处在于：包括金属屏蔽盒2、固定于金属 屏蔽盒内的电子线路板1、焊接于电子线路板1上的天线安装座3、通过螺纹固定于天线安 装座3中的且伸出金属屏蔽盒外的单极圆柱天线4 ;所述单极圆柱天线4与金属屏蔽盒2保 持电绝缘；所述单极圆柱天线4的长度范围为6mm~66mm;所述金属屏蔽盒2的直径大于 单极圆柱天线4长度的2倍；所述电子线路板1上设置有依次电连接的电压跟随器和电光 转换电路，所述电光转换电路包括半导体激光器及其驱动电路；所述单极圆柱天线4与电 压跟随器的输入端连接，所述半导体激光器的尾纤通过固定于金属屏蔽盒2上的光纤转接 法兰与外部光纤链路连接。
[0008] 上述半导体激光器为分布式反馈激光器，所述驱动电路为反馈控制的稳恒功率控 制驱动电路。
[0009] 上述电压跟随器由JFET输入集成运放0PA659构成，其输入阻抗大于等于ΙΟ12Ω。
[0010] 上述单极圆柱天线4通过绝缘套件5与金属屏蔽盒2保持电绝缘。
[0011] 上述单极圆柱天线4的直径为Φ2mm。
[0012] 上述电压跟随器和电光转换电路之间还连接有电容C，所述半导体激光器与驱动 电路之间还连接有电感L。
[0013] 本发明的优点是：
[0014] 1、本发明设计了频响大于1Hz~1. 25GHz的单极圆柱电小天线，并采用JFET输入 集成运放构成天线后端的阻抗变换电路，其高达1〇12Ω的输入阻抗（即天线的负载阻抗） 保证了天线的传输函数与频率无关，可以实现对脉冲电场时域信号的原波形测量。
[0015] 2、本发明探头电路采用贴片电阻电容、高速集成运放以及宽带半导体激光器， 其-3dB带宽达到了ΙΟΚΗζ~550MHz，可用于准确测量IEC6100-2-9规定的核电磁脉冲电场 信号；也适用于雷电电磁脉冲、电磁兼容、高电压技术等领域的脉冲电场测量。
[0016] 3、本发明通过优化设计电路及降低系统噪声，使探头输出动态范围达40dB;同时 因探头便于更换并使用不同尺寸的天线，从而其量程可覆盖lOVm1~100KVm、
[0017] 4、本发明使用光纤传输信号，抗干扰能力强；且激光器由稳恒功率控制电路驱动， 系统增益稳定，适用于室外苛刻工作条件。
[0018] 5、本发明探头的工程设计综合考虑了以下三点：探头对被测场的扰动；探头盒体 表面作为单极子天线的参考地平面，其直径应大于天线长度的2倍；探头应容纳足够多供 电电池以保证探头的连续工作时间。通过软件仿真模拟和实际应用验证，设计研制的电场 探头可以保证测量信号的真实性，同时探头的连续工作时间也达到了 50小时。
【附图说明】
[0019] 图1是探头屏蔽盒体工程结构图；
[0020] 图2是探头电路结构框图；
[0021] 图3是探头电路图；
[0022] 图4是探头频域响应图；
[0023] 图5是探头强脉冲电场测量灵敏度（6mm长度天线）；
[0024] 图6是探头弱脉冲电场测量灵敏度（66mm长度天线）；
[0025] 图7是探头工作示意图；
[0026] 附图标记如下：1-电子线路板，2-金属屏蔽盒，3-天线安装座，4-单极圆柱天线， 5-绝缘套件，6-电场测试探头，7-光纤。
【具体实施方式】