一种多节渐变同轴式元件高压快脉冲响应测试夹具的制作方法

本实用新型涉及一种同轴式测试夹具技术领域，尤其是涉及一种多节渐变同轴式元件高压快脉冲响应测试夹具。

背景技术：

高功率电磁脉冲武器的发展已经对电子电力系统的安全造成了严重的威胁，高功率电磁脉冲的特点就是功率高，脉冲上升时间快，频带宽。相对雷电电磁脉冲，核电磁脉冲、高功率微波、超宽带等高功率电磁脉冲高频成分丰富，上升沿可达ns甚至亚ns量级。高功率电磁脉冲对电气电子设备的攻击方式主要有两种，一种是通过设备外壳的孔口和缝隙等直接耦合进入设备内部造成破坏效应，另一种是通过信息化设备的电源线、控制线以及信号线等金属芯线耦合并传导进入设备内部造成破坏。相对而言，传导骚扰很难通过设备自身的加固进行防范，使用浪涌保护元件是一种有效的防护手段。浪涌保护元件的动作速度、过冲响应特性、通流能力等是否理想，决定了对高功率电磁脉冲的实际防护效果。但是，由于不同种高功率电磁脉冲波形参数差别较大，电磁脉冲对半导体元件的作用机理也较为复杂，使得保护元件的快脉冲响应特性很难通过仿真得到，因此，测试是评价元件保护性能的重要手段。

现有浪涌保护元件测试方法和计量标准多针对雷电脉冲（上升时间为us级），而针对ns甚至亚ns级的快脉冲防护，目前还没有成熟的防护性能检测装置以及测试标准。保护元件快脉冲响应测试是电磁兼容与防护技术领域的一个关键技术问题，其中，元件测试夹具作为保护元件接入测试电路的必需装置，需进行有效的设计，且满足以下几点特性：第一，高功率电磁脉冲上升沿快，高频成分丰富，为保证注入保护元件的脉冲波形不失真，测试夹具必须和测试系统阻抗相匹配，在指定高频段驻波比等指标参数满足要求。第二，测试夹具必须能够隔离瞬态脉冲辐射对外界测试环境的影响，具有屏蔽效能。第三，高功率电磁脉冲能量很高，峰值场强可达MV/m级，测试夹具必须具有较高的耐压强度，保证接入测试电路不会被烧毁，确保测试系统的安全。同时，常用快脉冲保护元件种类较多，引线电感长度不同，因此，夹具最好能够进行多节设计，可将不同类型的保护元件接入测试电路。解放军军械工程学院曾研制了一种50Ω微带传输线直插式元件测试夹具，该夹具通过设计微带电路并加装金属壳体，较好地实现了固定测试元件和屏蔽外界辐射的功能。但微带线的耐压强度较低，待测脉冲电压幅值较高时有烧毁测试夹具的危险，同时微带到同轴接头的转接处容易引起高频信号的折反射，造成该测试夹具在1~3GHz微波频段内的传输特性并不是很理想。

技术实现要素：

为了解决背景技术中的问题，本实用新型公开了一种多节渐变同轴式元件高压快脉冲响应测试夹具。本实用新型的目的在于解决现有技术和测试装置中测试夹具耐压强度较低，高频传输特性不理想影响测试结果的问题。在进行保护元件快脉冲注入试验时，用于待测元件与脉冲信号源和示波器的连接，尽量保证作用到元件两端的测试脉冲波形与源脉冲波形相一致。

为了实现所述实用新型目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种多节渐变同轴式元件高压快脉冲响应测试夹具，其整体为封闭的同轴金属屏蔽体，主要包括左端部分、右端部分和中间部分三部分渐变结构的同轴夹具；所述的左、右两端为结构相同的渐变锥体结构，对称设置在中间部分的两侧；所述左右两端部分分别包括渐变锥体内导体和渐变锥体外导体，渐变锥体内导体和渐变锥体外导体两者的直径从端部到与中间部分结合部位为逐渐增大的锥体结构，渐变锥体内导体和渐变锥体外导体的端部分别连接有等径的延长内导体和等径的延长外导体；所述的中间部分整体为圆柱形同轴结构，其包括左段同轴、右段同轴和中段同轴，左段同轴和右段同轴结构相同，对称设置在中段同轴部分的两侧，左段同轴和右段同轴分别包括直径为渐变结构的内导体和渐变结构的外导体，中段同轴夹具包括等径圆柱内导体c和等径的中段外导体；左段同轴部分的外导体和右段同轴部分的外导体分别与左右两端的渐变锥体外导体通过法兰盘连接，左段同轴部分的内导体和右段同轴部分的内导体分别与左右两端的渐变锥体内导体通过联接螺栓连接；所述的中间夹具的内导体外表面和外导体内壁上相对设置有测试器件焊点。同时，为提高夹具内变化截面处的阻抗匹配特性，设计一种轴向错位补偿的方法，对夹具中间部分由等径导体向渐变锥体处进行内外径错位补偿，减少了因半径突变造成的高频信号传输性能下降。

所述的中间部分的左、右两段同轴内导体分别包括至少一节的等径圆柱内导体和一节的阶梯状圆柱内导体。

所述的中间部分的左、右两段同轴外导体至少包括一节内径为渐变结构的外导体。

进一步所述中间部分的左、右两段同轴内导体包括两节的等径圆柱内导体a和等径圆柱内导体b，两节的阶梯状圆柱内导体a和阶梯状圆柱内导体b，其直径从与渐变锥体内导体连接处到与中段等径圆柱内导体c连接部位逐渐增大，两节等径圆柱内导体和两节阶梯状圆柱内导体交替连接。

进一步所述中间部分的左、右两段同轴外导体分别由外导体a和外导体构成，两者间通过法兰盘、螺帽和螺丝连接固定，其内径从与渐变锥体外导体连接的部位到与中段外导体连接的部位逐渐增大，其由等径的内径和阶梯状内径交替设置构成，其等径的内径部位和阶梯状内径部位分别与等径圆柱内导体和阶梯状圆柱内导体相对应，外导体b与中段外导体通过法兰盘连接。

所述的中间部分的内导体外表面和外导体内壁上设置有六对测试器件焊点。

所述的中间部分的内导体外表面和外导体内壁之间设置有固定支撑作用的聚四氟乙烯支撑环。

由于采用了上述技术方案，本实用新型具有如下有益效果：

该同轴测试夹具本身就是一个封闭的金属屏蔽体，可以降低快速电磁脉冲辐射场对被测试保护元件的影响，不需要另外设计金属屏蔽盒，减少了设计步骤，降低了设计难度。此外，多节渐变结构的内外同轴设计，可以方便不同长度的保护元件接入测试电路，使得该夹具具有一定通用性；两端可分别拆卸的法兰盘，使得元件更换时也较为便捷。同时，整个夹具内部各处的特性阻抗设计一致（50Ω），且采用轴向错位补偿法对渐变结构的截面处进行设计，可最大限度减少测试中由于阻抗不匹配引起的高频信号反射问题，提高夹具的高频传输性能，保证测试结果的准确性。夹具内外径间采用聚四氟乙烯作为支撑材料，可以保持整个测试夹具的结构稳定。经过计算分析，该测试夹具具有较高的耐压强度，最低耐压值可达11kV，可用于中高压脉冲信号的测试，确保测试系统不被烧毁。

所述测试夹具具有如下特点：固定被测试元件，同时可根据元件引线长度，接入夹具的不同部位处，减小夹具引起的波形畸变。保证夹具内阻抗匹配，将特性阻抗设计为50Ω，并对渐变结构截面处进行轴向错位补偿，经测试该夹具具有良好的传输特性，可保证在1M~3GHz频段内驻波比参数小于1.4。隔离瞬态脉冲的辐射，解决快沿脉冲辐射场对保护元件的影响。具有较高的耐压强度值，保证在中高压脉冲测试时保护元件和测试系统的安全。此外，该夹具结构简单，各部分尺寸相对固定，可灵活拆卸，方便进行标准化制作和批量加工，具有较好的推广和使用前景。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式可对本实用新型专利做进一步的详细说明。

图1为本实用新型的夹具整体结构剖面图。

图2为本实用新型的夹具的装配分解图。

图3为本实用新型在1M~3G频段内的实测驻波比曲线图。

其中1、延长内导体，2、延长外导体，3、支撑环，4、渐变锥体内导体，5、渐变锥体外导体，6、联接螺柱，7、法兰盘，8、螺帽，9、螺丝，10、测试器件焊点，11、等径圆柱内导体a，11-1、阶梯状圆柱内导体a，12、等径圆柱内导体b，12-1、阶梯状圆柱内导体b，13、等径圆柱内导体c，14、外导体a，15、外导体b，16、中段外导体，17、延伸插针。

具体实施方式

如图1所示：其整体为封闭的金属屏蔽体，主要包括左端部分、右端部分和中间部分三部分渐变结构的同轴夹具；所述的左、右两端为结构相同的渐变锥体结构，对称设置在中间部分的两侧；所述左右两端部分分别包括渐变锥体内导体4、渐变锥体外导体5，渐变锥体内导体4和渐变锥体外导体5两者的直径从端部到与中间部分结合部位为逐渐增大的锥体结构，渐变锥体内导体4和渐变锥体外导体5的端部分别连接有等径的延长内导体1和延长外导体2。

所述的中间部分整体为圆柱形同轴结构，其包括左段同轴部分、右段同轴部分和中段同轴部分，左段同轴部分和右段同轴部分结构相同，对称设置在中段同轴部分两侧，左段同轴和右段同轴分别包括直径为渐变结构的内导体和渐变结构的外导体，中段同轴部分包括等径圆柱内导体c13和中段外导体16。左段同轴部分的外导体和右段同轴部分的外导体分别与左右两端的渐变锥体外导体通过法兰盘连接，左段同轴夹具的内导体和右段同轴夹具的内导体分别与左右两端的渐变锥体内导体通过联接螺栓6连接。

如图2所示：所述的中间同轴部分的左、右两段同轴结构的内导体分别包括至少一节的等径圆柱内导体和一节的阶梯状圆柱内导体。本实施例左、右两段同轴结构的内导体包括两节的等径圆柱内导体a11和等径圆柱内导体b12，两节的阶梯状圆柱内导体a11-1和阶梯状圆柱内导体b12-1，其直径从与渐变锥体内导体4连接处到与中段等径圆柱内导体c13连接部位逐渐增大。两节等径圆柱内导体和两节的阶梯状圆柱内导体交替连接。

所述的中间同轴部分中的左、右两段同轴结构的外导体至少包括一节内径为渐变结构的外导体。本实施例的左、右两段同轴结构的外导体分别由外导体a14和外导体b15，两节之间通过法兰盘7、螺帽8和螺丝9连接固定，其内径从与渐变锥体外导体5连接的部位到与中段外导体16连接的部位逐渐增大，其有等径的内径和阶梯状内径交替设置构成，其等径的内径部位和阶梯状内径部位分别与等径圆柱内导体和阶梯状圆柱内导体相对应。外导体b15与中段外导体16通过法兰盘连接。在相对的中间同轴夹具中的内导体外表面和外导体内壁上分别设置有测试器件焊点10。本实施例为六对焊点可为该款同轴夹具提供多种不同尺寸测试器件焊接方案。在内、外导体间设置有支撑环3，起固定支撑作用。

如图3所示的1M~3G频段内的实测驻波比曲线图，从图上可以看出，该夹具在2GHz内驻波比小于1.2，2~3GHz内驻波比小于1.4，在3GHz内都有平坦的频率响应。

本实施例为解决快速电磁脉冲辐射场对被保护元件的影响，测试夹具整体构成一个金属屏蔽体，且由多组可灵活拆卸的部件组成，使用简单，装配方便。为满足不同尺寸元件的测试需求，将夹具设计为多节渐变结构，在三段不同尺寸的内外导体间设计六对焊接点，方便元件接入。为解决测试装置高频传输特性不理想、阻抗不匹配的问题，本实用新型采用同轴线传输原理，将夹具各处特性阻抗设计为50Ω；同时在渐变同轴部分截面处进行轴向错位补偿和多段阶梯状缓渐变方案，减小因内外径尺寸突变引起的高频信号折反射。为解决测试夹具耐压较低，无法应用在高压脉冲信号测试领域的问题，在夹具内外中间设计聚四氟乙烯绝缘支撑环，可以保持整个测试夹具的结构稳定。

本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及其实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用来帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本领域的普通技术人员来讲，在不脱离本实用新型原理的前提下还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。