[發明專利]基于標準TEM喇叭天線的超寬帶電磁脈沖傳感器標定系統及方法

在審

• 申請號: 202210582938.3
• 申請日: 2022-05-26
• 公開（公告）號: CN114966512A
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發明（設計）人: 王紹飛;謝彥召;張普卿
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01R35/00
• 分類號: G01R35/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 張宇鴿

1.基于標準TEM喇叭天線的超寬帶電磁脈沖傳感器標定系統，其特征在于，包括：脈沖源(1)、屏蔽室(8)、輻射天線(2)、示波器(7)、衰減器(6)、微波暗室(9)、標準TEM喇叭天線(3)、支座(4)和待測傳感器(10)；

所述輻射天線(2)外接脈沖源(1)；所述輻射天線(2)、標準TEM喇叭天線(3)和支座(4)均位于微波暗室(9)中；所述標準TEM喇叭天線(3)或待測傳感器(10)連接衰減器(6)，所述衰減器(6)連接示波器(7)；

所述脈沖源(1)位于屏蔽室(8)中；所述標準TEM喇叭天線(3)或待測傳感器(10)位于支座(4)上；所述輻射天線(2)位于微波暗室(9)的一端，所述標準TEM喇叭天線(3)位于遠離輻射天線(2)的另一端；所述屏蔽室(8)與微波暗室(9)的連接處接地。

2.根據權利要求1所述的基于標準TEM喇叭天線的超寬帶電磁脈沖傳感器標定系統，其特征在于，所述標準TEM喇叭天線(3)或待測傳感器(10)通過屏蔽電纜(5)連接衰減器(6)；所述標準TEM喇叭天線(3)通過衰減器(6)連接示波器(7)測得標準天線接收電壓。

3.根據權利要求2所述的基于標準TEM喇叭天線的超寬帶電磁脈沖傳感器標定系統，其特征在于，所述標準TEM喇叭天線(3)包括兩塊三角形平板；所述兩塊三角形平板相同；所述兩塊三角形平板的相同頂角連接屏蔽電纜(5)，兩塊三角形平板形成一定角度的張角；所述張角的角度由人為設定。

4.根據權利要求1所述的基于標準TEM喇叭天線的超寬帶電磁脈沖傳感器標定系統，其特征在于，所述脈沖源(1)為基于雪崩三極管開關的全固態脈沖源，輻射天線(2)為組合振子天線，所述脈沖源(1)和輻射天線(2)在微波暗室(9)中產生超寬帶電磁脈沖輻射環境。

5.根據權利要求1所述的基于標準TEM喇叭天線的超寬帶電磁脈沖傳感器標定系統，其特征在于，所述脈沖源(1)穩定產生前沿150ps左右的雙指數信號。

6.根據任意權利要求1～5的基于標準TEM喇叭天線的超寬帶電磁脈沖傳感器標定方法，其特征在于，包括：

步驟1：開啟脈沖源(1)，通過輻射天線(2)向微波暗室(9)發送幅度和頻率均固定的脈沖波；

步驟2：將標準TEM喇叭天線(3)設置于微波暗室(9)的另一端且遠離輻射天線(2)，使得標準TEM喇叭天線(3)接收輻射天線(2)所發送到的脈沖波，并產生感應電壓；

步驟3：根據感應電壓，計算得到被測電場作為標準場；

步驟4：將標準TEM喇叭天線(3)替換為待測天線，且設置在同一位置；重復步驟1到步驟3；得到待測傳感器(10)的電壓場；

步驟5：根據待測傳感器(10)的電壓場和標準TEM喇叭天線(3)的標準場，計算得到標定比例系數，實現待測傳感器的標定。

7.根據權利要求6所述的基于標準TEM喇叭天線的超寬帶電磁脈沖傳感器標定方法，其特征在于，所述計算得到被測電場作為標準場，具體為：

其中，V(t)為標準TEM喇叭天線的電場電壓；h_eq為天線等效高度，為標準TEM喇叭天線口徑高度的一半，即

8.根據權利要求7所述的基于標準TEM喇叭天線的超寬帶電磁脈沖傳感器標定方法，其特征在于，標準TEM喇叭天線在接收輻射天線所發送到的脈沖波之前，還包括標準TEM喇叭天線的設計；具體為:

標準TEM喇叭天線接收電壓U與主軸電場E的復頻域傳遞函數為

其中，U＝2V₀，r表示天線主軸上的點與天線喉部的距離，c為光速，h為天線的口徑高度，s為復頻率；fg為阻抗因子，l為喇叭面長度；

其中，Zo為真空波阻抗，Zc為標準TEM喇叭天線阻抗；

所述天線喉部為兩塊三角形平板的相同頂角連接屏蔽電纜的部位；所述天線主軸為從天線喉部引出平分兩塊三角形平板所形成的張角的軸；

標準TEM喇叭天線低頻段、中頻段和高頻段傳遞函數分別為：

其中，標準TEM喇叭天線低頻段與中頻段的轉折頻率為：

標準TEM喇叭天線中頻段與高頻段的轉折頻率為：

其中，

E_a為標準TEM喇叭天線口徑的場強。