一种场传感器校准系统和方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种电磁场测试领域，特别设及一种场传感器校准系统和方法。
【背景技术】
[0002] 目前，国内外对于脉冲场的测量一般使用电磁脉冲场传感器。超宽带短脉冲电磁 场的脉冲上升时间和持续时间在ns量级或更短、频谱宽度覆盖范围在几十MHz或更宽，因此 测量难度大。为了保证电磁脉冲场强测量的准确性，需要在时域对电磁脉冲场传感器进行 性能校准。
[0003] 时域校准的难点在于获得时域脉冲场的已知场即标准场。电磁场传感器及探头校 准标准IE邸Stdl309-2005中给出了一种单锥体结构与金属地面组合构成的场传感器校准 系统，所述单锥体结构与金属地面组合后形成一个单锥体天线，在其福射场范围内定义一 校准区域，用于对场传感器进行校准。由于场传感器自身体积和材质的作用，当放入校准场 区域进行校准时，会对校准场区域的场分布造成影响。
[0004] 单锥体天线的结构参数决定单锥体与金属地面之间场分布的状态。通常，单锥体 结构的形状为倒V型的线性变换结构，电磁场分布的状态使得校准区域较小;在进行电磁场 传感器校准时，场传感器的放入对校准区域内部场分布的影响较大，因而直接影响传感器 的校准精度。
【发明内容】
[0005] 本发明提出一种场传感器校准系统和方法，解决校准区域小、场传感器器对校准 区域内场分布影响大的问题，提高场传感器校准精度。
[0006] 本发明提出的场传感器校准系统，包含单锥体和平面体，所述单锥体和平面体均 为导体。
[0007] 所述单锥体沿轴向旋转对称，包含顶面、底面、侧面，所述单锥体从顶面至底面逐 渐变细;所述侧面的旋转曲线形状为指数曲线。
[0008] 所述单锥体的轴向与所述平面体相垂直，构成一单锥体天线，所述单锥体的顶面 位于远端，所述单锥体的底面与馈电的同轴电缆的内导体连接。
[0009] 进一步地，场传感器校准系统还包含一时域脉冲发生器，所述时域脉冲发生器产 生脉冲信号，通过所述馈电的同轴电缆输入到所述单锥体，在所述单锥体与所述平面体之 间产生时域脉冲福射场。
[0010] 本发明提出的场传感器校准方法，包含W下步骤：
[0011] 设置一单锥体天线，所述单锥体的轴向与导电的平面体相垂直，所述单锥体的顶 面位于远端，所述单锥体从顶面至底面W指数形式逐渐变细，与所述平面体的边缘距离变 远。
[0012] 在单锥体天线福射的范围内定义一立方体校准区域，在该立方体的顶点及各边中 点设置参考点，分别计算有、无场传感器的情况下所述参考点的电场强度，比较所述有、无 场传感器的情况下各参考点电场强度，得到场传感器对校准区域内部场分布的影响。
[OOK]所述单锥体天线侧面的旋转曲线的方程为:y = reEz，且
，其中r为 单锥体底面半径，C为指数项系数，R为单锥体顶面半径，h为单锥体高度；
[0014] 本发明有益效果如下：
[0015] 本发明的装置中单锥体天线的阻抗变换方法是指数变换形式而不是线性变换形 式，扩大了场传感器可使用校准区域，减小了场传感器对校准区域内部场分布的影响，因此 提高了场传感器的校准精度。本发明通过指数变换的形式，使得靠近单锥体馈电端处的结 构变细，单锥体外表面与平面体边缘的距离变远，场传感器校准可使用的空间区域变大。数 值计算表明，在该天线结构中，选择与线性变换结构中相对平面体边缘位置相同的空间区 域，置入同样尺寸的电磁场传感器进行校准时，场传感器对校准区域内部场分布的影响明 显变小。
【附图说明】
[0016] 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使 用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本 领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可W根据运些附图获得其 他的附图。
[0017] 图1是现有技术单锥体与金属地面组合的校准系统示意图；
[0018] 图2是本发明指数变换单锥体天线的场传感器校准系统结构示意图；
[0019] 图3是单锥体天线的旋转曲线示意图；
[0020] 图4是线性变换单锥体天线仿真模型示意图；
[0021] 图5是指数变换单锥体天线仿真模型示意图；
[0022] 图6是场传感器对两种单锥体天线校准区域内部场分布影响的比较。
【具体实施方式】
[0023] 为了实现本发明的目的，本发明实施例中提供了一种场传感器校准系统和方法， 目的在于减小场传感器对校准区域内部场分布的影响，提高场传感器校准精度。下面结合 说明书附图对本发明各个实施例作进一步地详细描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发 明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0024] 图1是现有技术单锥体与金属地面组合的校准系统示意图，该校准系统包括单锥 体结构、金属地面及时域脉冲发生器。电磁场传感器及探头校准标准IE邸Stdl309-2005中 给出了一种单锥体结构与金属地面组合构成的场传感器校准系统。其中的单锥体结构为线 性变换结构的倒V型。系统工作时，时域脉冲发生器发射脉冲信号注入单锥体结构，在单锥 体结构与金属地面之间产生时域脉冲福射场，被校准的场传感器位于福射场内，进行场传 感器的时域校准。
[0025] 图2是本发明指数变换单锥体天线的场传感器校准系统结构示意图，作为本发明 的实施例，所述场传感器校准系统，包含单锥体11和平面体20,所述单锥体和平面体均为导 体。所述单锥体沿轴向旋转对称，包含顶面、底面、侧面，所述单锥体从顶面至底面逐渐变 细;所述侧面的旋转曲线形状为指数曲线。所述单锥体的轴向与所述平面体相垂直，构成一 单锥体天线，所述单锥体的顶面位于远端，所述单锥体的底面与馈电的同轴电缆30的内导 体连接。
[0026] 时域脉冲发生器产生脉冲信号，通过所述馈电的同轴电缆输入到所述单锥体，在 所述单锥体与所述平面体之间产生时域脉冲福射场。
[0027] 合理选择所述指数曲线的解析式形式。下面根据单锥体天线顶面与底面尺寸，确 定指数曲线的解析式参数。
[0028] 图3是单锥体天线的旋转曲线示意图。建立S维几何模型直角坐标系，W馈电点定 位坐标系原点，如图3所示0点，W平面体长度方向为X轴，W平面体宽度方向为Y轴，W单锥 体天线高度方向为Z轴；由于单锥体天线实质为一个倒立的单锥体，其顶部为一个圆；其底 面与馈电端口同轴线内导体相连，也是一个圆；单锥体天线在YOZ平面内投影为如图3所示 BC抓曲线包围的区域，其中线段BC表示单锥体顶面圆直径，A为顶面圆屯、，DE为单锥体底面 圆直径，0为底面圆屯、;根据单锥体天线结构形式，单锥体天线在YOZ平面内投影曲线中BC与 DE为直线段，抓与CE为指数变换段。
[0029] 不失一般性，WDB段为例表示，所述旋转曲线方程为
[0030] y = reCz 公式 1
[0031] 其中r为单锥体底面半径，C为指数项系数。由于单锥体沿轴向旋转对称，公式1也 可W理解为WO为原点的柱坐标下的曲面方程，此时，y为单锥体的