一種基于分布式薄膜電阻加載的電場輻射寬帶檢測(cè)器及其設(shè)計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電場輻射領(lǐng)域,特別涉及一種電場輻射寬帶檢測(cè)器,還涉及該檢測(cè)器 的設(shè)計(jì)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 電場輻射是一種難以感知的隱形污染,在一定的空間中,電場輻射強(qiáng)度達(dá)到一定 限值后,將對(duì)人身健康或動(dòng)物的生存安全等產(chǎn)生不良影響,同時(shí)也會(huì)對(duì)電子儀器、設(shè)備,包 括通信設(shè)備的安全運(yùn)行產(chǎn)生影響。如何快速發(fā)現(xiàn)并測(cè)試電場輻射信號(hào)的強(qiáng)度以便進(jìn)行設(shè)備 及人員的電磁防護(hù)具有重要的意義。
[0003] 電場輻射探測(cè)器可以實(shí)現(xiàn)電場輻射強(qiáng)度的快速檢測(cè),可以判定所監(jiān)測(cè)區(qū)域是否滿 足相關(guān)輻射安全標(biāo)準(zhǔn),最終確定敏感區(qū)域內(nèi)人員的安全問題。
[0004] 為了能夠?qū)崟r(shí)的檢測(cè)周邊環(huán)境的電場輻射強(qiáng)度,需要開發(fā)一種可廣泛應(yīng)用于各種 敏感區(qū)域的電場輻射檢測(cè)器,以便判定所檢測(cè)區(qū)域是否滿足相關(guān)國軍標(biāo)標(biāo)準(zhǔn),最終確定敏 感區(qū)域人員及設(shè)備的安全問題。
[0005]傳統(tǒng)的電場輻射測(cè)量方法主要有兩種:一是基于偶極子天線的二極管檢波法,二 是基于熱電偶的檢測(cè)方法等。
[0006]第一種方法受限于偶極子天線的諧振特性,工作帶寬較窄,不太適合于電場輻射 的寬帶測(cè)量,另外由于采用偶極子天線形式,天線的尺寸為電大尺寸,對(duì)測(cè)試場的干擾影響 較大,從而失真較大,不太適合于電場輻射的精確測(cè)量。第二種方法受熱電偶本身特性的限 制,體積較大,測(cè)試靈敏度較低,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,成本較高。
[0007]目前,常用的電場輻射檢測(cè)器是采用諧振式天線進(jìn)行電場輻射檢測(cè),這種電場輻 射檢測(cè)器是與本發(fā)明最接近的現(xiàn)有技術(shù),其結(jié)構(gòu)如圖1所示,主要由偶極子天線及檢波二 極管構(gòu)成,偶極子天線接收電場輻射信號(hào)經(jīng)二極管檢波后輸出。
[0008] 圖1所示方案天線設(shè)計(jì)技術(shù)成熟,加工難度小,但偶極子天線受限于其諧振式工 作機(jī)理,天線尺寸一般是半個(gè)波長,為電大尺寸,對(duì)測(cè)試區(qū)域的輻射場強(qiáng)干擾較大,同時(shí)其 工作帶寬較窄,很難滿足電場輻射寬帶高靈敏度測(cè)試的需求。電場輻射經(jīng)二極管檢波輸出 后沒有進(jìn)行有效的低通濾波,檢波信號(hào)上疊加了高頻分量,導(dǎo)致測(cè)試的失真較大??傮w來 說,這種方案,難以滿足電場輻射的高靈敏度低失真寬帶檢測(cè)的需求。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0009] 為了解決以上難題,本發(fā)明提出了一種基于分布式薄膜電阻加載的電場輻射寬帶 檢測(cè)器,該檢測(cè)器是一種適用于近遠(yuǎn)場全空間區(qū)域的射頻寬帶電場輻射探測(cè)的普適性技術(shù) 方案。
[0010] 本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0011] -種基于分布式薄膜電阻加載的電場輻射寬帶檢測(cè)器,包括:
[0012] 分布式薄膜電阻加載的電小探頭、檢波二極管、高阻低通濾波器、高阻傳輸線,輸 出端口及低損耗介質(zhì)板;
[0013] 通過分布式薄膜電阻加載的電小探頭接收空間中的電場輻射信號(hào),然后通過檢波 二極管進(jìn)行電場輻射強(qiáng)度的檢測(cè),電場輻射強(qiáng)度的檢測(cè)值通過高阻低通濾波器及高阻傳輸 線傳送到輸出端口。
[0014] 可選地,通過分布式薄膜電阻加載實(shí)現(xiàn)電小探頭的行波特性,利用薄膜電阻的寬 帶吸收特性進(jìn)行電場輻射信號(hào)的寬帶接收。
[0015] 可選地,所述電小探頭上濺射的薄膜電阻單位阻抗,表述為:
[0016]
( 1 )〇
[0017] 可選地,所述電小探頭上的電流分布表述為行波的形式:
[0018]
(2)
[0019] 其中,h表示電小偶極子長度的一半,k表示波數(shù),而V。表示驅(qū)動(dòng)電壓,在這里:
[0020]
[0021] 其中,a表示電小探頭的半徑,C(x,y)和S(x,y)分別表示歸一化的余弦和正弦積 分。
[0022] 可選地,檢波二極管的結(jié)電容Cj彡0·lpF。
[0023] 可選地,所述高阻傳輸線為曲折線形式。
[0024] 可選地,跨接在檢波二極管兩端的高阻傳輸線等效于一個(gè)分布式低通濾波器,由 串聯(lián)電感及分布式耦合電容構(gòu)成,其中,單位長度的電感L和電容C表示為:
[0025]
[0026]
[0027] 此處w代表了高阻線的線寬,d代表了高阻線的間距。
[0028] 本發(fā)明還提供了上述檢測(cè)器的設(shè)計(jì)方法,首先根據(jù)電場探頭的工作頻率設(shè)計(jì)并確 定電小探頭長度,然后算出薄膜電阻的單位阻抗ZVz),最終將印刷在介質(zhì)板上的電小探頭 的兩臂按照上述的單位阻抗濺射上薄膜電阻層,從而設(shè)計(jì)出具有行波特性的電小探頭。
[0029] 可選地,所述電場探頭的工作頻率取最高工作頻率對(duì)應(yīng)波長的十分之一。
[0030] 本發(fā)明的有益效果是:
[0031] (1)本發(fā)明采用了分布式薄膜電阻加載的電小探頭進(jìn)行電場輻射信號(hào)的寬帶接 收,具有較小的結(jié)構(gòu)尺寸,同時(shí)減小了對(duì)測(cè)試場的影響;
[0032] (2)本發(fā)明采用了薄膜電阻分布加載的電小探頭及高靈敏度檢波二極管結(jié)合的檢 波電路的一體化設(shè)計(jì),通過選擇合適參數(shù)的檢波二極管并優(yōu)化設(shè)計(jì)電小探頭實(shí)現(xiàn)了電場輻 射強(qiáng)度的高靈敏度檢測(cè);
[0033] (3)本發(fā)明采用了曲折線形式的薄膜高阻線,通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)尺寸,調(diào)整串聯(lián)電感及 分布式耦合電容值,構(gòu)成了高阻低通濾波器,實(shí)現(xiàn)了射頻信號(hào)的隔離,減小了檢波信號(hào)的失 真。
【附圖說明】
[0034] 為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案,下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹,顯而易見地,下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實(shí)施例,對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講,在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下,還可以 根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0035] 圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的偶極子天線形式的電場輻射檢測(cè)器示意圖;
[0036] 圖2為本發(fā)明一種基于分布式薄膜電阻加載的電場輻射寬帶檢測(cè)器整體結(jié)構(gòu)示 意圖;
[0037] 圖3為本發(fā)明探頭檢波電路的等效原理圖;
[0038] 圖4為本發(fā)明高阻低通濾波器等效電路。
【具體實(shí)施方式】
[0039] 下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖,對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完 整地描述,顯然,所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例,而不是全部的實(shí)施例。基于 本發(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。
[0040] 現(xiàn)有的電場輻射檢測(cè)器雖然加工簡單,但受偶極子天線諧振式工作原理的限制, 檢測(cè)器尺寸相對(duì)較大,工作帶寬窄,靈敏度低,失真大,不太適合于電場輻射的高靈敏度低 失真寬帶測(cè)量。
[0041] 針對(duì)現(xiàn)有電場輻射檢測(cè)器的缺點(diǎn),本發(fā)明提出了一種基于分布式薄膜電阻加載的 電場輻射寬帶檢測(cè)器,實(shí)現(xiàn)電場輻射的高靈敏度低失真寬帶測(cè)量。本發(fā)明采用分布式薄膜 電阻加載的電小探頭進(jìn)行電場輻射的寬帶接收,然后通過高靈敏度的低勢(shì)皇肖特基二極管 進(jìn)行電場輻射的檢測(cè),并將檢波信號(hào)通過曲折型高阻線構(gòu)成的低通濾波器射頻信號(hào)隔離, 從而達(dá)到低失真輸出的目的。