200MHz以下脉冲电磁环境测试场强探头的研制

摘要

变电站隔离开关动作产生的电磁骚扰对于变电站内使用的智能设备的影响越来越大，对于智能设备的电磁兼容性有了更加严格的要求。本课题主要工作在于研制一种用于200MHz以下脉冲电磁环境测试场强探头，以用于变电站或类似脉冲环境电场测试。
　　首先基于EMTP模型对变电站隔离开关模型进行仿真分析，研究变电站暂态电磁环境的特点。确定测试用场强探头的基本参数（包括频率范围，动态范围，响应时间等）。
　　对实验室已有瞬态电磁环境测试天线做进一步研究，以提高它在200MHz以下的灵敏度和动态范围，扩展低频响应。计算整个电路的传输参数和场强探头的理论测量场强极限值。讨论不同的杆长(30mm～100mm)和分压电容(0～100pF)对整个场强探头接收特性的影响。对整个信号传输电路部分进行测试，实测电路的3dB使用带宽2kHz～300MHz。场强探头在频率2kHz～300MHz频率范围内，无分压电容时，可对0.3 mV/m～17.5 V/m范围内的瞬态场进行测量，动态范围D=105.11dB;分压电容为20pF时，能对0.75mV/m～41V/m的场强进行测量，动态范围D=109.94dB。
　　最后，研究场强探头频域和时域校准方法。频域校准通过TEM小室产生的均匀场对场强探头在500Hz～400MHz的频率范围进行校准，得出场强探头的复天线系数，即天线系数的实部与虚部。时域校准基于系统辨识的方法，根据系统辨识原理，通过实测场强探头对方波脉冲的响应，建立场强探头传递函数模型，分析场强探头幅频、相频特性以及时域性能。并通过建立补偿传递函数的方法，对实测波形进行补偿，达到波形复现的目的。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 瞬态电场测试方法

1．2．2 国外研究现状

1．2．3 国内研究现状

1．3 论文研究内容

1．4 论文组织结构

第二章 变电站开关操作瞬态脉冲环境

2．1 隔离开关操作的瞬态脉冲电场产生机理

2．1．1 隔离开关动作脉冲电流波形

2．1．2 数值简化模型参数确定

2．1．3 电弧模型

2．1．5 ATP-EMTP仿真结果

2．2 电磁脉冲对智能设备的影响机理

2．2．1 耦合途径

2．3 脉冲场强探头工作参数

2．3．1 频带宽度

2．3．2 测量范围

2．3．3 场强探头响应时间

2．4 本章小结

第三章 场强探头设计

3．1 信号接收天线

3．2 信号传输电路

3．2．1 高阻抗输入电路

3．2．2 信号放大电路

3．2．3 光电转换电路

3．3 电路性能分析

3．3．1 信号传输电路动态范围分析

3．3．2 探头性能调整方法

3．3．3 电路传输性能测试

3．4 场强探头结构设计

3．4．1 场强探头仿真分析

3．5 本章小结

第四章 场强探头频域校准

4．1 标准场法测量复天线系数

4．1．1 500Hz～400MHz测试电场

4．1．2 场强探头复天线系数测试原理

4．1．3 复天线系数的测量

4．1．4 计算单极子天线复天线系数

4．2 使用复天线系数的波形复现

4．3 不同杆长与分压电容天线系数

4．4 本章小结

第五章 场强探头的时域校准与波形补偿

5．1 时域校准与系统辨识

5．2 确定系统模型结构

5．2．1 校准波形的选择

5．2．2 场强探头线性度的检查

5．2．3 时域脉冲校准实验

5．2．4 补偿传递函数法波形补偿原理

5．3 场强探头模型的系统辨识方法

5．3．1 系统传递函数模型的辨识

5．3．2 验证传递函数

5．3．3 场强探头模型时域分析

5．3．4 补偿传递函数设计

5．4 本章小结

第六章 场强探头性能测试

6．1 场强探头性能测试

6．1．1 场强探头线性度和动态范围测试

6．1．2 场强探头灵敏度与动态范围

6．2 本章小结

第七章 总结与展望

7．1 总结

7．2 展望

致谢

参考文献