本發(fā)明涉及電磁兼容實(shí)驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于同軸測(cè)試裝置的場(chǎng)敏感型電磁脈沖防護(hù)材料測(cè)試系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

理想的場(chǎng)敏感型環(huán)境自適應(yīng)電磁脈沖防護(hù)材料在低場(chǎng)強(qiáng)情況下為絕緣材料，對(duì)電磁波沒有屏蔽作用，當(dāng)受到外部強(qiáng)電磁脈沖干擾或攻擊的時(shí)候，即外部電磁場(chǎng)突然顯著增加且超過某臨界場(chǎng)強(qiáng)的時(shí)候，由于材料特有的電化學(xué)和能量結(jié)構(gòu)特征，能夠感知外部電磁環(huán)境的變化，可以在微納秒時(shí)間內(nèi)發(fā)生絕緣/導(dǎo)電相變現(xiàn)象，電導(dǎo)率提升10²～10⁵數(shù)量級(jí)，使平時(shí)為絕緣體的材料迅速變?yōu)楦邔?dǎo)電的類金屬材料，對(duì)外來(lái)電磁波產(chǎn)生高反射和屏蔽，將強(qiáng)電磁脈沖能量阻擋在防護(hù)殼體之外，當(dāng)外部干擾和攻擊強(qiáng)場(chǎng)消失以后，材料恢復(fù)到原始狀態(tài)，解決了電子裝備正常工作和強(qiáng)場(chǎng)防護(hù)之間的矛盾。而基于這種工作機(jī)理研制的電磁防護(hù)材料能不能在微納秒的時(shí)間內(nèi)發(fā)生相變，不進(jìn)行相應(yīng)測(cè)試是無(wú)法獲知的，而這類電磁防護(hù)材料本身屬于新材料，如何測(cè)試其在強(qiáng)電磁脈沖下的絕緣體/導(dǎo)體相變性能還未有相關(guān)報(bào)道。

材料在發(fā)生絕緣體到導(dǎo)體的相變過程中，其動(dòng)態(tài)性能將直接反映在對(duì)電磁脈沖的屏蔽效能上。在相變之前，材料是絕緣體，幾乎對(duì)電磁脈沖不起任何屏蔽作用，電磁脈沖將順利通過屏蔽體；在相變之后，材料是導(dǎo)體，對(duì)電磁脈沖將起到很大的屏蔽作用。因此，預(yù)估場(chǎng)致相變材料在相變前后其電磁脈沖屏蔽效能將發(fā)生極大的變化。通過測(cè)試材料屏蔽效能，便可實(shí)現(xiàn)對(duì)材料是否存在相變現(xiàn)象的快速判斷和初步評(píng)價(jià)。

現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)給出的窗口法、同軸法等材料屏蔽效能測(cè)試方法只能得到連續(xù)波條件下材料的頻域屏蔽效能，而對(duì)高功率電磁脈沖干擾效果的研究表明，僅憑屏蔽材料的頻域屏蔽效能還不能完全表征其對(duì)時(shí)域脈沖場(chǎng)的屏蔽效果。目前國(guó)內(nèi)外的研究首先是通過時(shí)域脈沖在屏蔽前后的波形參數(shù)（上升沿、脈寬和峰值等）上的變化以及能量的變化來(lái)定義電磁脈沖時(shí)域屏蔽效能，然后通過直接或間接的手段獲得時(shí)域屏蔽效能的值。直接的手段包括：采用TEM喇叭天線等輻射式天線的方法、基于光纖傳輸系統(tǒng)的電磁脈沖模擬器的方法、采用TEM室或GTEM室的方法以及“試件法”等；間接的手段則主要是已知頻域屏蔽效能的值，通過最小相位法或者向量擬合法等進(jìn)行波形重建的方法。

以上的測(cè)試方法均有一個(gè)前提，即測(cè)試的材料在整個(gè)測(cè)試過程中并沒有發(fā)生相變，而且部分測(cè)量方法是在弱場(chǎng)或者連續(xù)波環(huán)境下進(jìn)行，因此上述方法并不完全適用于場(chǎng)致相變材料的測(cè)試，需要進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于同軸測(cè)試裝置的場(chǎng)敏感型電磁脈沖防護(hù)材料測(cè)試系統(tǒng)，通過使用該系統(tǒng)對(duì)被測(cè)材料進(jìn)行測(cè)試，解決現(xiàn)有測(cè)試系統(tǒng)不適合于場(chǎng)敏感型電磁防護(hù)材料相變性能測(cè)試的問題。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：一種基于同軸測(cè)試裝置的場(chǎng)敏感型電磁脈沖防護(hù)材料測(cè)試系統(tǒng)，測(cè)試系統(tǒng)包括高頻噪聲模擬器、同軸線纜、絕緣設(shè)計(jì)的同軸測(cè)試裝置、衰減器和示波器，所述高頻噪聲模擬器信號(hào)輸出端通過同軸電纜連接同軸測(cè)試裝置信號(hào)輸入端口，所述同軸測(cè)試裝置信號(hào)輸出端口連接衰減器，衰減器信號(hào)輸出端連接示波器信號(hào)端。

所述同軸測(cè)試裝置包括寬帶連續(xù)導(dǎo)體同軸夾具、有機(jī)玻璃圓筒、端蓋和加固圓環(huán)，所述有機(jī)玻璃圓筒兩端分別嵌裝端蓋，寬帶連續(xù)導(dǎo)體同軸夾具水平支撐于有機(jī)玻璃圓筒內(nèi)、且貫穿端蓋的兩端分別借助于加固圓環(huán)固定，寬帶連續(xù)導(dǎo)體同軸夾具包括同軸安裝的內(nèi)導(dǎo)體和外導(dǎo)體，內(nèi)導(dǎo)體借助于聚四氟乙烯介質(zhì)支撐體同軸支撐在外導(dǎo)體軸向通孔中，所述外導(dǎo)體包括對(duì)稱設(shè)置的外導(dǎo)體支撐段、外導(dǎo)體左連接段和外導(dǎo)體右連接段，外導(dǎo)體左連接段和外導(dǎo)體右連接段同軸螺紋連接，兩段外導(dǎo)體支撐段分別固定安裝在外導(dǎo)體左連接段左端和外導(dǎo)體右連接段右端，所述內(nèi)導(dǎo)體包括軸向?qū)拥膬?nèi)導(dǎo)體左連接段和內(nèi)導(dǎo)體右連接段，內(nèi)導(dǎo)體左連接段與外導(dǎo)體左連接段的內(nèi)孔之間安裝聚四氟乙烯介質(zhì)支撐體，內(nèi)導(dǎo)體右連接段與外導(dǎo)體由連接段的內(nèi)孔之間安裝聚四氟乙烯介質(zhì)支撐體，內(nèi)導(dǎo)體左連接段的左端和內(nèi)導(dǎo)體右連接段的右端分別對(duì)接內(nèi)導(dǎo)體連接段。

所述外導(dǎo)體支撐段側(cè)壁上設(shè)有徑向通孔，所述有機(jī)玻璃圓筒兩端面上均設(shè)置用于安裝O形密封圈的第一環(huán)形溝槽，所述加固圓環(huán)的內(nèi)端面上設(shè)有用于安裝O形密封圈的第二環(huán)形溝槽，加固圓環(huán)(1)與外導(dǎo)體支撐段穿出端蓋的一端螺紋連接。

所述內(nèi)導(dǎo)體外徑為5.65mm，外導(dǎo)體內(nèi)孔直徑為13mm，寬帶連續(xù)導(dǎo)體同軸夾具末端使用N型同軸連接器與同軸線纜連接。

外導(dǎo)體與內(nèi)導(dǎo)體之間的聚四氟乙烯介質(zhì)支撐體的支撐位置處同軸線的阻抗為50Ω，在支撐介質(zhì)與空氣交界面上挖一個(gè)環(huán)形凹槽，形成小電感來(lái)補(bǔ)償不連續(xù)電容，環(huán)形凹槽的深度和寬度分別為0.46mm和3.42mm。

采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于：（1）脈沖源采用高頻噪聲模擬發(fā)生器，能夠產(chǎn)生峰值≤4.1kV，上升沿時(shí)間＜1ns，脈寬可選的方波脈沖。該發(fā)生器自帶保護(hù)裝置，可以保證在材料發(fā)生相變成為導(dǎo)體后，即使脈沖全反射回來(lái)，也不會(huì)打壞脈沖源。

（2）同軸測(cè)試裝置為經(jīng)過絕緣設(shè)計(jì)的新型同軸夾具，由可以充高壓絕緣氣體的密閉有機(jī)玻璃圓筒和置于其中的同軸夾具組成，該測(cè)試裝置頻域性能良好：上限頻率10.23GHz，在0~8GHz范圍內(nèi)，回波損耗小于20dB，可以有效地傳輸電磁脈沖。同時(shí)，該測(cè)試裝置具有較大的動(dòng)態(tài)范圍：脈沖源輸出脈沖峰值電壓為10V~4.1kV，經(jīng)計(jì)算同軸裝置內(nèi)部的電場(chǎng)強(qiáng)度范圍約為2kV/m~871kV/m。由于場(chǎng)敏感型電磁脈沖防護(hù)材料內(nèi)部多摻雜金屬離子，在同軸夾具內(nèi)受到強(qiáng)電磁脈沖時(shí)容易導(dǎo)致材料表面放電而影響材料相變性能的判斷，而新型同軸夾具內(nèi)充有絕緣氣體，可以有效地避免這一現(xiàn)象，保證在大動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)對(duì)材料在強(qiáng)電磁脈沖下的相變特性進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量。

（3）該測(cè)試系統(tǒng)可以方便地判斷材料相變現(xiàn)象，計(jì)算材料相變場(chǎng)強(qiáng)閾值和響應(yīng)時(shí)間。材料在未相變之前是絕緣介質(zhì)，在同軸夾具內(nèi)不影響電磁脈沖的傳輸，所以在示波器上顯示的波形應(yīng)與脈沖源輸出波形一致；材料在相變以后是具有一定電導(dǎo)率的導(dǎo)體，對(duì)電磁脈沖具有一定的屏蔽效能，因此在示波器上顯示的波形將會(huì)發(fā)生變化，根據(jù)變化時(shí)刻的輸入脈沖電壓峰值可以方便地計(jì)算得到材料相變場(chǎng)強(qiáng)閾值，而根據(jù)變化后的波形可以測(cè)量得到材料的響應(yīng)時(shí)間。示波器高達(dá)20GHz的采樣率，可以分辨ps量級(jí)的上升沿，足以追蹤測(cè)量材料的相變響應(yīng)時(shí)間。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

圖1是本發(fā)明的使用流程圖；

圖2是測(cè)試系統(tǒng)原理框圖；

圖3是同軸測(cè)試裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

其中：1、加固圓環(huán)；2、端蓋；3、有機(jī)玻璃圓筒；4、外導(dǎo)體支撐段；5、內(nèi)導(dǎo)體連接段；6、聚四氟乙烯介質(zhì)支撐體；7、外導(dǎo)體左連接段；8、內(nèi)導(dǎo)體左連接段；9、外導(dǎo)體右連接段；10、內(nèi)導(dǎo)體右連接段；11、充氣孔；12、氣壓表安裝孔；13、第一環(huán)形溝槽；14、第二環(huán)形溝槽。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明中的技術(shù)方案進(jìn)行具體描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是本發(fā)明還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來(lái)實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似推廣，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實(shí)施例的限制。

如圖2所示，本發(fā)明公開了一種基于同軸測(cè)試裝置的場(chǎng)敏感型電磁脈沖防護(hù)材料測(cè)試系統(tǒng)，包括高頻噪聲模擬器、新型同軸測(cè)試裝置、衰減器和示波器，所述高頻噪聲模擬器信號(hào)輸出端通過同軸電纜連接同軸測(cè)試裝置信號(hào)輸入端口，所述測(cè)試裝置信號(hào)輸出端口連接衰減器，衰減器信號(hào)輸出端連接示波器信號(hào)端。

所述同軸測(cè)試裝置（參見附圖3）包括寬帶連續(xù)導(dǎo)體同軸夾具、有機(jī)玻璃圓筒3、端蓋2和加固圓環(huán)1，所述有機(jī)玻璃圓筒3兩端分別嵌裝端蓋2，寬帶連續(xù)導(dǎo)體同軸夾具水平支撐于有機(jī)玻璃圓筒內(nèi)、且貫穿端蓋的兩端分別借助于加固圓環(huán)1固定，寬帶連續(xù)導(dǎo)體同軸夾具包括同軸安裝的內(nèi)導(dǎo)體和外導(dǎo)體，內(nèi)導(dǎo)體借助于聚四氟乙烯介質(zhì)支撐體6同軸支撐在外導(dǎo)體軸向通孔中，所述外導(dǎo)體包括對(duì)稱設(shè)置的外導(dǎo)體支撐段4、外導(dǎo)體左連接段7和外導(dǎo)體右連接段9，外導(dǎo)體左連接段7和外導(dǎo)體右連接段9同軸螺紋連接，兩段外導(dǎo)體支撐段4分別固定安裝在外導(dǎo)體左連接段7左端和外導(dǎo)體右連接段9右端，所述內(nèi)導(dǎo)體包括軸向?qū)拥膬?nèi)導(dǎo)體左連接段8和內(nèi)導(dǎo)體右連接段10，內(nèi)導(dǎo)體左連接段8與外導(dǎo)體左連接段7的內(nèi)孔之間安裝聚四氟乙烯介質(zhì)支撐體6，內(nèi)導(dǎo)體右連接段10與外導(dǎo)體由連接段9的內(nèi)孔之間安裝聚四氟乙烯介質(zhì)支撐體6，內(nèi)導(dǎo)體左連接段8的左端和內(nèi)導(dǎo)體右連接段10的右端分別對(duì)接內(nèi)導(dǎo)體連接段5。通過充氣氣嘴為有機(jī)玻璃圓筒內(nèi)充入高壓絕緣氣體，氣壓表顯示充入的氣體壓力。在外導(dǎo)體和絕緣支撐件上均打有小孔，可以保證氣體完全包圍內(nèi)導(dǎo)體和受試材料，從而避免材料表面放電現(xiàn)象。

同軸夾具的內(nèi)導(dǎo)體外徑為5.65mm、外導(dǎo)體內(nèi)徑為13mm，上限頻率為10.23GHz。同軸線夾具末端使用N型同軸連接器底座與線纜連接，本發(fā)明選用N-50KF連接器，其內(nèi)導(dǎo)體芯的直徑為3.04mm，外導(dǎo)體內(nèi)徑為7mm。同軸線尺寸突變的地方會(huì)產(chǎn)生不連續(xù)階梯電容，處理不好會(huì)引起強(qiáng)烈反射，降低同軸線夾具的性能。本發(fā)明對(duì)內(nèi)導(dǎo)體采用軸向階梯錯(cuò)位方式形成的小電感來(lái)補(bǔ)償不連續(xù)電容。在內(nèi)外導(dǎo)體半徑發(fā)生變化位置，對(duì)棱邊倒圓角，以削弱其位置處的場(chǎng)強(qiáng)，防止尖端放電。

支撐介質(zhì)采用聚四氟乙烯，相對(duì)介電常數(shù)，厚度d=4 mm。由于支撐介質(zhì)的存在，改變了放置支撐介質(zhì)位置處的特征阻抗。為保證同軸夾具特征阻抗為50Ω，支撐介質(zhì)浸入外導(dǎo)體和內(nèi)導(dǎo)體的深度分別設(shè)為0.7mm和0.64mm。為進(jìn)一步減小不連續(xù)電容，降低在寬頻帶上的反射，在支撐介質(zhì)與空氣交界面上挖一個(gè)環(huán)形凹槽，形成小電感來(lái)補(bǔ)償不連續(xù)電容，環(huán)形凹槽的深度W和寬度L經(jīng)過計(jì)算和仿真優(yōu)化分別設(shè)為0.46mm和3.42mm。

為方便夾持材料和保持材料與同線夾具間良好的電連接，以?shī)A持材料為中心將內(nèi)外導(dǎo)體分成可拆卸的兩部分，兩部分的外導(dǎo)體通過螺紋的旋緊來(lái)固定材料，兩部分的內(nèi)導(dǎo)體則通過栓舌和同樣深度的凹槽保持連接。同軸夾具可以測(cè)試內(nèi)徑為3mm，外徑41mm，厚度小于5mm的圓環(huán)狀材料。

在進(jìn)行測(cè)試前，需要先進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，判斷測(cè)試裝置本身對(duì)測(cè)試結(jié)果是否產(chǎn)生影響，判斷的方法是：在測(cè)試裝置不帶材料的情況下，給測(cè)試裝置的信號(hào)輸入端口輸入一個(gè)方波信號(hào)，如果測(cè)試裝置具有良好的阻抗匹配以及耐高壓特性，那么通過測(cè)試裝置信號(hào)輸出端口在示波器上顯示的輸出信號(hào)應(yīng)該與原輸入方波完全一致，這也證明該測(cè)試裝置不會(huì)影響到被測(cè)材料特性的測(cè)試。通過試驗(yàn)驗(yàn)證，輸入波形和輸出波形的幅值、脈沖寬度、上升沿均一致。

測(cè)試時(shí)將測(cè)試材料固定在同軸夾具內(nèi)，同時(shí)充入高壓絕緣氣體，調(diào)節(jié)高頻噪聲模擬器的輸出電壓和脈沖寬度，為測(cè)試裝置提供輸入波形，使被測(cè)材料處在一個(gè)均勻場(chǎng)強(qiáng)下，通過示波器觀察輸出波形，如果輸出波形和原輸入波形一致，那就是被測(cè)材料還處于絕緣狀態(tài)，被測(cè)材料在測(cè)試電路中未其作用，然后逐步調(diào)高輸入波形的電壓，進(jìn)而提高被測(cè)材料所處的場(chǎng)強(qiáng)，如果輸出波形發(fā)生了變化，就說明被測(cè)材料由原來(lái)的MΩ級(jí)在很短的時(shí)間內(nèi)下降到百Ω級(jí)，通過觀察輸出波形的變化可以計(jì)算其響應(yīng)時(shí)間，發(fā)生變化的場(chǎng)強(qiáng)就是能夠使被測(cè)材料發(fā)生相變的場(chǎng)強(qiáng)閾值（參見附圖1）。

總之，本發(fā)明通過采用經(jīng)過絕緣設(shè)計(jì)的同軸夾具，避免了由于材料表面在強(qiáng)場(chǎng)電磁脈沖作用下放電而影響對(duì)材料相變特性進(jìn)行判斷的問題。使用高頻噪聲模擬器提供方波信號(hào)，示波器作為顯示裝置，方便測(cè)試，與現(xiàn)有測(cè)試系統(tǒng)相比，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、頻帶范圍寬，動(dòng)態(tài)范圍大、可用于強(qiáng)場(chǎng)脈沖測(cè)試以及測(cè)試結(jié)果重復(fù)性好和穩(wěn)定度高的優(yōu)點(diǎn)。