同轴脉冲探头的校准与测试探讨

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1、同轴脉冲探头的校准与测试探讨谭辉方重华宋文武陈久春黄明亮（中国舰船研究设计中心电磁兼容性国防科技重点实验室，湖北武汉，430064）摘要：本文对一种结构新颖的同轴脉冲探头的工作原理和测试方法进行了讨论。同轴脉冲探头由一段硬同轴线和集成于其中的电场传感器构成，用于测试传导型电磁脉冲电流或电压的时域波形。由于没有磁芯结构，同轴脉冲探头的高频响应和承载功率性能都优于普通电流探头，在传导型电磁脉冲测试方面具有一定优势。本文采用频域内的软件补偿方法，通过传输函数对同轴脉冲探头进行了校准。校准后的测试结果与实际脉冲波形数据的误差

2、率不大于15％，具有较高的测试准确度。关键词：同轴脉冲探头，传导型电磁脉冲，电场传感器，传输函数，校准CalibrationandmeasurementofcoaxialpulseprobeTanHui,ChenJiu-chun,HuangMing-liang(ChinaShipDevelopmentandDesignCenter,StateKeyLaboratoryofEMC,Wuhan430064,China)Abstract:Theprincipleandtestmethodofcoaxialpulseprob

3、earediscussedinthispaper.Coaxialpulseprobe,whichiscomposedofasectionofhardcoaxialcableandtheelectricfieldsensorembeddedinit,isusedtomeasurethewaveformofconductedpulsecurrentandvoltage.Forcoaxialpulseprobe,becauseofnomagneticcore,theperformanceofhighfrequencyres

4、ponseandvoltageenduranceissuperiortothecommoncurrentprobe.Socoaxialpulseprobeisofadvantageinconductedpulsemeasurement.Thispaperadoptssoftwarecompensationmethodinfrequencydomaintocalibratecoaxialpulseprobe.Theerrorratebetweentestresultsandactualwaveformdataisles

5、sthanfifteenpercent.KeyWords:coaxialpulseprobe,conductedelectromagneticpulse,electricfieldsensor,transferfunction,calibration1引言基金项目：国防科技重点实验室基金项目资助（9140C2108020603）作者简介：谭辉（1976～），男，博士，高级工程师，主要研究方向电磁干扰控制。现在中国舰船研究设计中心从事博士后研究工作。电磁脉冲是一种瞬变电磁现象。从时域波形看，一般具有极短的上升沿时间，脉

6、冲宽度较窄；从频域看，则覆盖了较宽的频带。雷电、核爆炸、静电放电以及大功率电子、电气开关的动作都会产生电磁脉冲，电磁脉冲通常具有较高的能量。从能量传输方式来看，可以将电磁脉冲分成辐射型和传导型两种；辐射型电磁脉冲以电磁场的形式在空间中传播，传导型电磁脉冲则以电流、电压等形式在电路中传播。电磁脉冲测试是电磁脉冲研究工作的重要内容之一，包括对辐射型脉冲电磁场的测试和对传导型脉冲电压、电流的测试。其中对于传导型脉冲电流的测试通常采用电流探头。传统的电流探头为互感器结构，探头内部绕有多匝线圈，通过电流的导线是互感器的初级，而

7、电流探头则是互感器的次级。初、次级之间存在一定的互感，为了提高互感，电流探头内部通常会安装磁芯。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，传统的电流探头高频性能不甚理想，其频率高端仅能达到几十MHz左右，并且所能承载的功率小。而电磁脉冲的频谱宽，其频率高端通常会达到几百MHz、甚至几GHz，还具有较高的能量；采用传统的电流探头对电磁脉冲电流进行测试，会出现非线性失真现象，无法得到准确的测试结果。本文给出了一种结构新颖的同轴脉冲探头，该探头由一段硬同轴线和

8、集成于其中的电场传感器构成。同轴脉冲探头内部无磁芯结构，在高频率和强电压的作用下不会出现非线性失真现象，其频率高端可以达到1GHz以上，能够对ns级上升沿时间的传导型电磁脉冲信号进行准确测试。本文首先介绍同轴脉冲探头的内部结构和测试原理，并对其等效电路和电气参数进行分析；然后采用频域内的软件补偿方法对同轴脉冲探头进行校准；最后利用脉冲信号源和数