便携式电场探头校准仪的设计

发布时间：2020-07-27 22:16

【摘要】：电场探头是测量电磁辐射环境中电场强度重要的核心部件之一,对电场探头进行实时校准,是保证其准确度的重要步骤。因此,电场探头校准仪是电场探头在应用过程中必不可少的测试设备。目前常用的电场探头校准仪虽能准确校准,但体积较大,不方便携带,不适用于场外实时校准。针对此问题,本文旨在研究设计一种小型化、便携式且满足校准要求的电场探头校准仪。本文基于1MHz~18GHz宽频带电场探头实时校准的需求,根据IEEE1309-2013电场探头校准国际标准,给出低中高三个频点,设计出小型化的校准仪信号发生器电路和校准场产生装置,搭建校准仪系统,完成对校准仪的电场性能测试。论文主要工作内容如下:(1)根据电场探头校准国际标准,给出了电场探头校准仪的设计要求。介绍了电场探头校准系统的基本组成与电场探头的校准方法,提出了便携式电场探头校准仪的实现思路。(2)为了实现对电场探头的宽频段校准,基于射频电路理论,选取200MHz、2.5GHz、5.9GHz三个校准频率点,选择对应频率的信号发生模块;设计了小尺寸的控制开关和电源电路;并给出校准仪信号发生器系统电路设计原理图,分析了电路的性能指标。(3)基于电磁场理论和微波天线技术,利用HFSS仿真软件,针对三个校准频率点,分别建立了平行双线、平行板传输线和喇叭天线三种场产生装置模型;仿真并设计了小尺寸、便携的场产生装置,通过分析各频点的场产生装置形成电场的均匀特性,给出了满足电场探头校准需求的均匀场区域。(4)基于设计的信号发生器电路与场产生装置,搭建便携式校准系统并制作实物;分别对所设计的电路性能进行了单独验证测试;测量三种场产生装置的电场,分析均匀场特性;并完成信号发生器与场产生装置的联调,进行便携式校准仪的系统验证。经实验结果分析证明,本文设计的便携式校准仪可用于场外电场探头的实时校准,实现了校准仪的小型化。
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O441
【图文】：

信号的输出强度，提高均匀场产生装置内的电场强度。国内外的研究机构都在不停地对均匀场产生装置进行研究，目的是能够产生一个均匀且稳定的电场，用于电场探头的校准[22]。上世纪 70 年代，美国标准局科学家 Ceawford 首次提出使用横电磁波小室，即TEM 小室，产生标准电场用于电场探头的校准[23]。由于 TEM 小室内能够产生一定区域的均匀场用于电场探头的校准研发，被国外许多校准机构使用。随着国内电场探头的发展，越来越多的实验室也开始使用 TEM 小室，并成为常用的电场探头校准仪。该仪器实质是同轴传输线的一种变形，是矩形平板传输线结构，主要由三部分组成转接头，上下地板和中心芯板。如图 1.2（a）所示，TEM 小室的两端是锥形过渡部分，中间区域是矩形传输部分，两端采用转接头的形式，一端为测试信号输入，另一端连接匹配负载，信号输入至锥形过渡段，经过中心矩形传输部分后与后端的 50 欧姆转接头匹配。一定功率的电磁波信号通过信号输入转接头，在小室内部能够产生一定的横电磁波，可形成一个与外部相隔离且稳定的均匀电场环境。TEM 小室能够产生稳定且均匀的电场，在电磁兼容与抗干扰测试中应用较为广泛[24]。

硬件电路系统PCB图

硬件电路实物图

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本文编号：2772460