CN109932570A - 屏蔽体屏蔽效能测试用小型电场探头 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种屏蔽体屏蔽效能测试用小型电场探头，包括印制单极子天线、积分/检波电路、数据采集/存储电路、电源电路、电池、按键和金属屏蔽壳，除印制单极子天线和按键外，其余部分均置于金属屏蔽壳内，积分电路/检波电路、数据采集/存储电路和电源电路通过排针连接层叠布置，电池置于层叠电路之间；印制单极子天线与金属屏蔽壳的一外表面相贴，按键安装于金属屏蔽壳外表面，并与数据采集/存储电路电连接。本发明屏蔽体屏蔽效能测试用小型电场探头不仅体积小、性能良好，还集数据采集/存储于一体，使用时无需连接其他外部设备。
Description
技术领域
本发明属于场强测量装置，具体涉及一种屏蔽体屏蔽效能测试用小型电场探头。
背景技术
随着科学技术的发展，电子设备开始往更小型化的方向发展，这对小屏蔽体电场屏蔽效能测试的设备提出了更加严格的要求。目前，现有的屏蔽体屏蔽效能测试所用的小型电场探头尺寸太大，因为在低频段波长很长，为了能够耦合到低频电场，探头的天线部分的尺寸也必须增大（一般略小于所测最高频率波长的0.1倍），不能满足某些尺寸小屏蔽体测试的要求。
另一方面，现有的小型电场探头在测试时大多需要外接其他设备，这意味着必须在待测屏蔽体上开孔，这破坏了屏蔽体的性能，影响了测试结果的准确性。
发明内容
本发明的目的在于为尺寸不小于90*72*72mm小屏蔽体在低频段的电场屏蔽效能测试提供场强探头装置。能够可靠地测量尺寸不小于90*72*72mm小屏蔽体在低频段的电场屏蔽效能。
为了实现本发明的技术目的，本发明采用如下技术手段：
一种屏蔽体屏蔽效能测试用小型电场探头，包括：
一金属屏蔽壳，所述金属屏蔽壳的内部具有一矩形空腔，所述矩形空腔内从下往上依次层叠布置有积分/检波电路、电源电路和数据采集/存储电路；
所述金属屏蔽壳的壳体一侧外壁上设有印制单极子天线，所述印制单极子天线通过第一排针与放置在金属屏蔽壳内最底部的积分/检波电路电连接；
电源电路通过第二排针分别给数据采集/存储电路和积分/检波电路供电；
数据采集/存储电路通过第三排针从积分/检波电路读取检波后的数值并存储；
按键，安装于所述金属屏蔽壳外表面，并与数据采集/存储电路电连接，用于对待机模式、数据采集/存储模式、数据输出模式三种工作模式进行切换；
利用印制单极子天线可以等效为电容的原理，使其检测空间电场，并输出空间电场的微分值，积分电路通过第一排针接收该微分值，由于积分电路的增益呈20dB/十倍频程下降趋势，结合印制单极子天线的频率响应特性，探头前端可以获得平坦的响应；
检波电路对积分后的电场信号进行检波处理以获取相应的直流信号；
数据采集/存储电路通过第三排针采集这一直流信号，并在内部还原为空间电场的场强值进行存储；
在数据采集完成后，数据采集/存储电路通过自身预设的串口接口将所存储的场强值发送给上位机进行读取。
所述金属屏蔽壳为24*24*20mm的六面体，其壳体一侧表面上有三个圆形通孔；
所述印制单极子天线为尺寸是30*24*1mm的矩形片状结构，其天线一侧的表面上设有三个圆形带有通孔的焊盘，印制单极子天线与金属屏蔽壳上设有三个圆形通孔的一侧表面紧贴。
所述积分/检波电路和数据采集/存储电路均为尺寸是20*20*1mm的片状结构；
电源电路为尺寸是20*14*1mm的片状结构。
4、根据权利要求1所述的屏蔽体屏蔽效能测试用小型电场探头，其特征在于：所述金属屏蔽壳内位于数据采集/存储电路、电源电路和积分/检波电路之间设置电池。
5、根据权利要求1所述的屏蔽体屏蔽效能测试用小型电场探头，其特征在于：数据采集/存储电路的采样位数为12位，采样率在0~1 MHz范围可调。
6、根据权利要求1所述的屏蔽体屏蔽效能测试用小型电场探头，其特征在于：检波电路的检波功率范围为-90dBm~0dBm，积分电路的压缩点为-75dBm。
本发明与现有技术相比，其显著优点在于：
（1）尺寸小，可以放置于90*72*72mm小屏蔽内进行屏蔽效能测试；
（2）性能良好，可在10kHz~10MHz频段内实现60dB的动态范围；
（3）集数据采集、存储为一体，使用时无需外接其他设备，无需破坏被测屏蔽体的完整性。
附图说明
图1为本发明小型电场探头的主视示意图。
其中，1、印制单极子天线；
图2为本发明小型电场探头的右视示意图。
其中，2、按键；3、金属屏蔽壳；4、数据采集/存储电路；5、电源电路；6、第二排针；8、第一排针；9、积分/检波电路；10、第三排针；
图3为本发明图1的A-A剖视图。
图4为本发明图3的B-B剖视图。
其中，7、电源；
图5为本发明印制单极子天线在场强为1V/m电场下的频率响应。
图6为本发明积分电路在10kHz~10MHz的增益。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
如图1~图4所示，本发明一种屏蔽体屏蔽效能测试用小型电场探头，包括：
一金属屏蔽壳3，所述金属屏蔽壳3的内部具有一矩形空腔，所述矩形空腔内从下往上依次层叠布置有积分/检波电路9、电源电路5和数据采集/存储电路4；
所述金属屏蔽壳3的壳体一侧外壁上设有印制单极子天线1，所述印制单极子天线1通过第一排针8与放置在金属屏蔽壳3内最底部的积分/检波电路9电连接；
电源电路5通过第二排针6分别给数据采集/存储电路4和积分/检波电路9供电；
数据采集/存储电路4通过第三排针10从积分/检波电路9读取检波后的数值并存储；
按键2，设置在金属屏蔽壳上，用于对待机模式、数据采集/存储模式、数据输出模式三种工作模式进行切换；
本发明的原理如下：利用印制单极子天线1可以等效为电容的原理，使其检测空间电场，并输出空间电场的微分值，印制单极子天线在电场下的频率响应呈20dB/十倍频程上升趋势；积分电路通过排针8接收该微分值，由于积分电路的增益呈20dB/十倍频程下降趋势，结合印制单极子天线的频率响应特性，探头前端可以获得平坦的响应。检波电路对积分后的电场信号进行检波处理以获取相应的直流信号；数据采集/存储电路通过排针10采集这一直流信号，并在内部还原为空间电场的场强值进行存储。在数据采集完成后，数据采集/存储电路通过自身预设的串口接口将所存储的场强值发送给上位机进行读取。
作为本发明一种屏蔽体屏蔽效能测试用小型电场探头技术方案的一个进一步优选，所述金属屏蔽壳为24*24*20mm的六面体，其壳体一侧表面上有三个圆形通孔；
所述印制单极子天线为尺寸是30*24*1mm的矩形片状结构，其天线一侧的表面上设有三个圆形带有通孔的焊盘，印制单极子天线与金属屏蔽壳上设有三个圆形通孔的一侧表面紧贴。
作为本发明一种屏蔽体屏蔽效能测试用小型电场探头技术方案的一个进一步优选，所述积分/检波电路和数据采集/存储电路均为尺寸是20*20*1mm的片状结构；
电源电路为尺寸是20*14*1mm的片状结构。
作为本发明一种屏蔽体屏蔽效能测试用小型电场探头技术方案的一个进一步优选，所述金属屏蔽壳内位于数据采集/存储电路、电源电路和积分/检波电路之间设置电池。
数据采集/存储电路的采样位数为12位，采样率可调，最高可达1MHz。
小型电场探头的动态范围主要取决于检波电路的灵敏度和积分电路在10kHz处增益的压缩点。
由于印制单极子天线尺寸较所测频率的波长很小，因此其等效电路为一电容，频率响应为如图5所示的20dB/十倍频程递增。但此时，出现两个问题：
1、天线感应场强太小，后续电路很难检测并处理如此小的信号，探头的灵敏度难以保证；
2、由于天线的频响为20dB/十倍频程递增，而探头在检波前要求频率响应是平坦的。针对以上两个问题提出如下解决方案：
在检波电路与印制单极子天线之间施加一高增益的基于运算放大器的积分电路。
从图6可以看出，积分器增益很高，在10kHz时达到63dB，并且频率响应呈20dB/十倍频程下降趋势，正好和印制单极子相反，两者叠加即可获得极佳的平坦性。探头的动态范围主要取决于检波电路的灵敏度以及积分器在10kHz时增益的压缩点：检波电路的检波功率范围为-90dBm~0dBm，积分电路的压缩点为-75dBm，结合图5和图6的频率响应曲线可知，本发明探头检测的场强范围可覆盖0.15V/m~150V/m，实现了60dB的动态范围。
本发明一种屏蔽体屏蔽效能测试用小型电场探头的使用方法：
按下按键，使小型电场探头处于数据采集/存储模式，此时小型电场探头将先自动清除之前存储的数据。将小型电场探头正确摆放，小型电场探头开始对空间电场场强值进行检测并存储，待测试结束后按下按键，使小型电场探头工作于待机模式，打开金属屏蔽壳的一侧铝板，将数据采集/存储电路与上位机连接，此时再次按下按键，数据采集/存储电路将存储的数据通过自身预设的串口接口发送至上位机读取。
Claims (6)
1.一种屏蔽体屏蔽效能测试用小型电场探头，其特征在于，包括：
一金属屏蔽壳，所述金属屏蔽壳的内部具有一矩形空腔，所述矩形空腔内从下往上依次层叠布置有积分/检波电路、电源电路和数据采集/存储电路；
所述金属屏蔽壳的壳体一侧外壁上设有印制单极子天线，所述印制单极子天线通过第一排针与放置在金属屏蔽壳内最底部的积分/检波电路电连接；
电源电路通过第二排针分别给数据采集/存储电路和积分/检波电路供电；
数据采集/存储电路通过第三排针从积分/检波电路读取检波后的数值并存储；
按键，安装于所述金属屏蔽壳外表面，并与数据采集/存储电路电连接，用于对待机模式、数据采集/存储模式、数据输出模式三种工作模式进行切换；
利用印制单极子天线可以等效为电容的原理，使其检测空间电场，并输出空间电场的微分值，积分电路通过第一排针接收该微分值，由于积分电路的增益呈20dB/十倍频程下降趋势，结合印制单极子天线的频率响应特性，探头前端可以获得平坦的响应；
检波电路对积分后的电场信号进行检波处理以获取相应的直流信号；
数据采集/存储电路通过第三排针采集这一直流信号，并在内部还原为空间电场的场强值进行存储；
在数据采集完成后，数据采集/存储电路通过自身预设的串口接口将所存储的场强值发送给上位机进行读取。
2.根据权利要求1所述的屏蔽体屏蔽效能测试用小型电场探头，其特征在于，所述金属屏蔽壳为24*24*20mm的六面体，其壳体一侧表面上有三个圆形通孔；
所述印制单极子天线为尺寸是30*24*1mm的矩形片状结构，其天线一侧的表面上设有三个圆形带有通孔的焊盘，印制单极子天线与金属屏蔽壳上设有三个圆形通孔的一侧表面紧贴。
3.根据权利要求1所述的屏蔽体屏蔽效能测试用小型电场探头，其特征在于，所述积分/检波电路和数据采集/存储电路均为尺寸是20*20*1mm的片状结构；
电源电路为尺寸是20*14*1mm的片状结构。
4.根据权利要求1所述的屏蔽体屏蔽效能测试用小型电场探头，其特征在于：所述金属屏蔽壳内位于数据采集/存储电路、电源电路和积分/检波电路之间设置电池。
5.根据权利要求1所述的屏蔽体屏蔽效能测试用小型电场探头，其特征在于：数据采集/存储电路的采样位数为12位，采样率在0~1 MHz范围可调。
6.根据权利要求1所述的屏蔽体屏蔽效能测试用小型电场探头，其特征在于：检波电路的检波功率范围为-90dBm~0dBm，积分电路的压缩点为-75dBm。
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