同轴电缆线内电磁脉冲耦合电压测试装置的制作方法

本发明涉及一种电磁脉冲耦合电压测试装置，具体涉及一种同轴电缆线内电磁脉冲耦合电压测试装置，属于电磁环境试验设备技术领域。

背景技术：

电磁脉冲能量会从射频设备的天线或电缆线处耦合进来，毁伤电子设备的内部电路。为有效控制电磁脉冲对电子设备的毁伤，首先需要对射频设备同轴电缆线上的电磁脉冲电压进行测试。

用于测试电缆线上的耦合电压或电流的设备被称为电流探头，目前市场上常见的电流探头叫做电流卡钳。电流卡钳采用互感器原理，通过电流的导线是互感器的初级，而电流探头则是互感器的次级，初、次级间存在一定的互感。电流卡钳在结构上存在磁芯，当测试频率进入微波波段时，磁芯材料在强电流和高频率下会出现磁饱和现象，从而引起测量结果的非线性失真。因此，电流卡钳的高频性能不甚理想，其频率高端仅能达到几十mhz，能够承载的功率也很小。

电磁脉冲的频谱很宽，其频率高端通常会达到几百mhz、甚至几ghz，并且具有很高的电压和能量，采用电流卡钳对其进行测试，会出现非线性失真现象，无法得到准确的测试结果。同时，由于同轴电缆线具有很好的屏蔽效果，电流探头无法有效感应到同轴电缆线上电流产生的电磁场。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种可以实时监测电子设备同轴电缆线上电磁脉冲耦合电压的测试装置，能够对电缆线上的电磁脉冲电流电压进行测试。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：

同轴电缆线内电磁脉冲耦合电压测试装置，包括：

同轴通道，包括两个信号端口，分别接被测试的同轴电缆线两端，获取包含被测试同轴电缆线上电磁脉冲信息的电压波形。

单极子探头，嵌入在同轴通道之中，使得同轴通道中的电磁脉冲场在单极子探头上产生耦合信号，通过测试耦合信号的强度和波形，获取同轴电缆线上电磁脉冲信号的强度和波形。单极子探头包括一个耦合端口，将感应信号输出到后级的测试设备。

自适应放大电路，连接单极子探头的输出端，对单极子探头的感应信号进行自适应放大。对于宽频段脉冲信号，单极子探头对于高低频段信号耦合度相差较大，需采用自适应放大电路，对于耦合度较高的高频段信号放大系数较小、对于耦合度较低的低频段信号放大系数较大，这样减小自适应放大电路的输出端信号的动态范围，避免数字化过程中小信号的频率成份丢失，从而造成测试的波形失真。自适应放大电路采用对数放大电路来实现。

示波器，连接单极子探头的耦合端口，存储和记录测试信号。

工控机，连接示波器，通过远程控制获取测试电磁脉冲信号的时域波形。

波形补偿软件，为信号处理软件，安装于工控机，其输入信号为示波器测试到的时域信号，通过波形补偿处理对采集的时域信号进行波形补偿，还原同轴通道中实际的脉冲信号时域波形。

按上述方案，所述同轴通道两端分别连接被测试电子设备的同轴电缆线，同轴通道的内导体与同轴电缆线的内导体直接连接，与两端的同轴电缆线形成信号连接通道。

按上述方案，所述的同轴通道的特性阻抗与接入的被测试的同轴电缆线电路的特性阻抗相等，以减小驻波比。

按上述方案，所述的同轴通道长度较短，一般不大于5cm；电阻小，一般不大于0.1欧；以减小插入损耗。

按上述方案，所述单极子探头与所述同轴通道的内外导体绝缘。

按上述方案，所述单极子探头在同轴通道内部电磁场作用下产生感应电压，通过耦合端口将感应脉冲信号传输给自适应放大电路。

按上述方案，所述自适应放大电路对耦合端口输出的感应脉冲信号进行自适应放大，放大特点在大信号增益小、小信号增益大，可以有效压缩不同频段耦合感应电压的动态范围，避免造成测试失真。

按上述方案，所述波形补偿软件可在工控机上显示输出补偿还原后的电磁脉冲波形。本发明的工作原理是：被测试电磁脉冲信号在同轴通道中产生脉冲电磁场分布，并在单极子探头上产生脉冲感应电流或电压，感应电压或电流信号通过示波器进行采集接收，并通过波形补偿软件还原出同轴电缆线上的电磁脉冲信号。

所述的单极子探头对于不同频率的电磁场信号耦合度并不相同，因此耦合端口输出到示波器的波形与同轴通道中的电磁脉冲波形并不相同。为还原显示同轴电缆线中实际的电磁脉冲波形，需要对输出到示波器中的信号波形进行补偿修正，具体修正方法如下：

首先利用矢量网络分析仪测试同轴通道信号端口与耦合端口之间的s21参数，s21参数为频率的函数，反映单极子探头的频率响应特性。

假设待测试的同轴电缆线中的电磁脉冲信号为f(t)，进入示波器的信号为g(t)，f(t)与g(t)之间存在着以下的关系

f(f(t))×s21＝f(g(t))(1)

这样待测信号f(t)可表示为

f(t)＝f^-1(f(g(t))/s21)(2)

其中，f算符为傅里叶变换，f^-1算符为傅立叶逆变换，s21为同轴通道信号端口与耦合端口之间的s21参数函数。根据以上信号处理过程可以获取待测同轴电缆线中的电磁脉冲信号。

本发明用于测试射频设备同轴电缆线上的电磁脉冲耦合电压或电流，兼具实时监测功能。该装置接入设备同轴电缆线，可在设备工作时测试或实时监测耦合到电缆线的电磁脉冲信号，用于预警；单极子探头可以耦合小信号的电磁脉冲信号并传递给后级的示波器，对于设备工作影响较小；波形补偿模块通过频率补偿原理还原待测电磁脉冲波形。

附图说明

图1是本发明一个实施方式的结构示意图；

图2是单极子探头与同轴通道的接连示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。

如附图1所示，该同轴电缆线内电磁脉冲耦合电压测试装置包括：同轴通道，其两个信号端口分别接被测试电路两端，获取包含被测试电磁脉冲信息的电压波形；单极子探头，同轴通道中的电磁脉冲场在单极子探头上产生感应电压，包含被测试电磁脉冲信息；示波器，采集耦合端口的感应电压信号，该信号中包含被测试电磁脉冲信息；工控机，通过网线远程接收示波器采集的波形数据，安装波形补偿软件；波形补偿软件，对示波器接收到的信号波形进行波形补偿，还原被测试的电磁脉冲波形。

如附图2所示，单极子探头嵌入到同轴通道之中，同轴通道内的电磁场在单极子探头上产生感应电流，单极子探头为金属导体、连接耦合端口的内导体，感应电流通过耦合端口传输到后级的自适应放大电路；单极子探头与同轴通道内导体不直接接触。

本实施例的同轴通道包括内导体、外导体和填充介质，内导体半径为2mm，外导体半径为7mm，填充介质为聚乙烯，其相对介电常数为2.3，可以计算出该硬同轴线的特性阻抗为50ω。该同轴脉冲探头主要用于测试50ω同轴电缆线上的耦合电磁脉冲电压。

本实施例的单极子探头嵌入于同轴通道之中，其一端位于同轴通道内导体和外导体之间，单极子天线为实心金属圆柱体，半径为1mm，距内导体2mm，另一端连接耦合端口的芯线。同轴通道中电磁场耦合到单极子探头上，通过耦合端口芯线传输给示波器。

本实施例的自适应放大电路，连接单极子探头的输出端，对单极子探头的感应信号进行自适应放大。对于宽频段脉冲信号，单极子探头对于高低频段信号耦合度相差较大，需采用自适应放大电路，对于耦合度较高的高频段信号放大系数较小、对于耦合度较低的低频段信号放大系数较大，这样减小自适应放大电路的输出端信号的动态范围，避免数字化过程中小信号的频率成份丢失，从而造成测试的波形失真。自适应放大电路采用对数放大电路来实现。

本实施例的示波器为通用仪表，采样率为20gb/s，示波器的信号输出端口通过网线连接工控机，将采集数据传递给工控机。

本实施例的工控机通过网线远程接收示波器采集的波形数据，工控机中安装波形补偿软件。

本实施例的波形补偿软件安装于工控机中，对示波器传输过来的波形数据进行波形补偿处理，输出显示同轴通道中的电磁脉冲波形信号。具体处理过程如下：

f(t)＝f^-1(f(g(t))/s21)(1)

f(t)为同轴通道中的待测电磁脉冲信号，g(t)为示波器采集到的耦合端口信号，s21为矢量网络分析仪测试到的同轴通道信号端口与单极子探头耦合端口的s21参数，f算符为傅里叶变换算符，f^-1算符为傅里叶逆变换算符。

尽管这里参照本发明的解释性实施例对本发明进行了描述，上述实施例仅为本发明较佳的实施方式，本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。