本系統(tǒng)利用鈮酸鋰晶體的電光效應(yīng)原理研制光波導(dǎo)電磁場測量系統(tǒng)，通過模塊化設(shè)計，實(shí)現(xiàn)對DC-40 GHz電磁場信號的波形、頻譜、相位及幅度的測量。

系統(tǒng)具有大帶寬、高量程、響應(yīng)時間快、無傳導(dǎo)干擾、對場擾動小等特點(diǎn)，應(yīng)用于核爆脈沖、高壓放電脈沖、雷電脈沖、瞬態(tài)電磁脈沖、雷達(dá)脈沖、高功率微波、電磁兼容性及大場強(qiáng)的測量，特別適用于高場強(qiáng)電磁脈沖、高功率微波的測量，可以測量大量程圍內(nèi)的微秒、納秒、皮秒級別電磁脈沖信號，準(zhǔn)確獲得信號的時域波形及頻譜等信息。系統(tǒng)由光電探頭、光電主機(jī)及光纖組成，有系列探頭及對應(yīng)主機(jī)實(shí)現(xiàn)對直流、工頻、2kHz-40 GHz頻段電場的測量，光波導(dǎo)電磁場測量系統(tǒng)相當(dāng)于一個小尺寸、超大帶寬、大量程、對場擾動小的全向天線。

電磁兼容測試：

用于電子設(shè)備及系統(tǒng)的電磁兼容性測量等；可以作為場強(qiáng)監(jiān)測探頭或場強(qiáng)傳感器，滿足IEC61000-4-3，GJB151B-2013，GJB1389A等標(biāo)準(zhǔn)的電場輻射敏感度（抗擾度）對應(yīng)電場強(qiáng)度以及瞬態(tài)電磁場輻射敏感度（抗擾度）對應(yīng)脈沖場的測試要求。

高壓輸變電工程電磁環(huán)境監(jiān)測：

電暈放電、局部放電、開關(guān)操作沖擊放電以及雷電沖擊空氣間隙放電等瞬態(tài)脈沖電場的測量；絕緣子表面，高壓帶電設(shè)備附近等高強(qiáng)度工頻電場測量。

高功率電磁場及脈沖監(jiān)測：

核電磁脈沖、高功率微波、雷達(dá)輻射場、靜電放電、化爆等離子體微波加工等的電場測量；脈沖直線加速器、大功率高頻高壓加速器、質(zhì)譜分析儀等高能設(shè)備內(nèi)部電場測量。

復(fù)雜電磁環(huán)境監(jiān)測：

在有高強(qiáng)度雷達(dá)脈沖、多種體制的通信信號、寬帶的電子干擾信號、各種電子裝備產(chǎn)生的電磁干擾等等，光電場強(qiáng)測量系統(tǒng)的小尺寸、大寬帶、高量程、遠(yuǎn)距離監(jiān)測、快速響應(yīng)等特點(diǎn)使得其成為復(fù)雜電磁環(huán)境監(jiān)測的較好選擇。

電磁輻射監(jiān)測：

移動通信基站、廣播電視發(fā)射塔、環(huán)境電磁場監(jiān)測、電氣化鐵路、導(dǎo)航臺、家用電器等等的電磁輻射。相對于傳統(tǒng)的綜合場強(qiáng)儀，光電場強(qiáng)測量系統(tǒng)具有頻譜分析及時域波形測量的功能，相對于傳統(tǒng)的選頻分析儀，光電場強(qiáng)測量系統(tǒng)具有大帶寬的特點(diǎn)，頻率范圍達(dá)到40 GHz，一般傳統(tǒng)的選頻分析儀的頻率范圍是6 GHz。

大頻率范圍

電場測量的頻率范圍為DC-40GHz，根據(jù)頻率測量帶寬的不同分為八種型號，其中OS-5-01型的頻率范圍為DC~200 kHz；OS-5-02型的頻率范圍為2 kHz~200 MHz；OS-5-1型的頻率范圍為9 kHz~1 GHz；OS-5-5型的頻率范圍30 kHz~5 GHz；OS-5-10型的頻率范圍100 kHz~10 GHz；OS-5-18型的頻率范圍為10 MHz~18 GHz；OS-5-40型的頻率范圍為100 MHz~40 GHz；OS-5-M型磁場測量系統(tǒng)頻率范圍為：1GHz~5 GHz。

脈沖場時域波形測量

光波導(dǎo)電磁場測量系統(tǒng)具有大帶寬、大動態(tài)范圍、響應(yīng)時間快，可以迅速捕捉測量微秒、納秒、皮秒級別脈沖時域波形等特點(diǎn)，滿足電磁脈沖幅度高、脈寬窄、頻帶寬、瞬變的測量需求，可以測量雷電脈沖、核爆脈沖、化爆脈沖、雷達(dá)脈沖、放電脈沖、高功率微波等。

電磁兼容性能優(yōu)越  

光電探頭金屬電極細(xì)小，對被測場擾動小，探頭和光電主機(jī)之間為光纖連接，抗電磁干擾能力強(qiáng)，沒有射頻線纜連接帶來的串?dāng)_問題。

對被測信號的測量 

光電探測主機(jī)將光電探頭輸出的光信號進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換解調(diào)放大后輸出到N型射頻接口，可以輸出到示波器或者頻譜儀，觀察信號時域波形、頻譜、幅度以及相位信息。

大場強(qiáng)信號測量的選擇

其中探頭OS-5-01的測量上限為500 kV/m，其他探頭測量幅度達(dá)到100kV/m（可定制更高場強(qiáng)的探頭，最高可達(dá)1000kV/m），滿足GJB1389A中所要求脈沖場及輻射抗擾度中場強(qiáng)的測量要求。遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)的檢波二極管偶極子探頭及熱偶極子探頭的幾百伏每米的測量上限。

遠(yuǎn)距離測量

光電探頭與主機(jī)分離設(shè)計，兩者通過光纖連接，沒有傳統(tǒng)的射頻線纜帶來損耗而降低測量的靈敏度，測量點(diǎn)位與測量觀察點(diǎn)位可以相隔較遠(yuǎn)。

抗大場強(qiáng)毀壞

光電探頭屬于無源鈮酸鋰晶體器件，內(nèi)無電子元器件，不會被大場強(qiáng)毀壞，光電探頭和光電主機(jī)之間傳遞的是光信號，無論探頭處的場強(qiáng)多大，電磁能量都不會通過光纖傳遞到后端的光電主機(jī)及頻譜儀示波器等，因此也就不會被毀壞。而傳統(tǒng)的探頭或者天線通過金屬線纜連接主機(jī)，都存在大場強(qiáng)毀壞的問題。

小尺寸設(shè)計

單軸向光電探頭尺寸為28mm′55 mm′130 mm；三軸向光電探頭尺寸為Φ90 mm′92（近似圓柱體結(jié)構(gòu)）；其中單軸傳感單元的尺寸小于9mm ′18 mm′75mm；可以方便的放置到窄小的空間中進(jìn)行測量，也可架設(shè)在三腳架上進(jìn)行測量。

戶外現(xiàn)場測量及實(shí)驗室測量設(shè)計

光電主機(jī)采用內(nèi)置鋰離子電池供電，同時支持外接供電，便攜設(shè)計，探頭可以方便的安裝在絕緣三腳架，可以在實(shí)驗室測量，也可以攜帶到戶外在現(xiàn)場測量。

注釋：注a：頻域測量時，單個探頭動態(tài)范圍約60dB，需多個探頭方能覆蓋此量程范圍。

注b：時域測量時，單個探頭動態(tài)范圍約30 dB，需多個探頭方能覆蓋此量程范圍。

一個探頭既可以進(jìn)行時域測量，也可進(jìn)行頻域測量。

注意：1）請勿用探頭長時間（不宜超過1分鐘）測試混響室內(nèi)高功率微波（頻率大于10 MHz，場強(qiáng)大于10kV/m），

否則有可能高功率微波產(chǎn)生的熱量會燒毀探頭。

2）請勿將測量主機(jī)置于高功率微波場區(qū)域。如有需要，應(yīng)進(jìn)行良好的電磁屏蔽防護(hù)。

3）進(jìn)行高功率微波測試時，應(yīng)注意人員安全防護(hù)。

4）產(chǎn)品性能參數(shù)僅供參考，客戶實(shí)際要求的性能參數(shù)以雙方所簽訂的合同為準(zhǔn)。

應(yīng)用案例一：雷電電磁脈沖測量

背景介紹：

電壓等級的不斷升高，如超高壓、特高壓輸變電技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，使得絕緣配合成為高壓輸電線路設(shè)計中的關(guān)鍵問題之一。其中長空氣間隙放電機(jī)理的研究，對于科學(xué)合理地設(shè)計配置各類高壓電氣設(shè)備的絕緣參數(shù)，保證電力系統(tǒng)安全可靠地運(yùn)行具有重要意義。對放電區(qū)域中的電場進(jìn)行直接測量，是研究長空氣間隙放電機(jī)理的有效辦法，但是由于測量手段的限制，目前無法對雷電沖擊電壓作用下流注放電區(qū)域內(nèi)部電場進(jìn)行直接測量，對長空氣間隙放電機(jī)理的研究仍然停留在仿真計算階段。

標(biāo)準(zhǔn)雷電電磁脈沖波形為1.2/50 μs，在高電壓工程領(lǐng)域中這類場強(qiáng)高達(dá)幾百甚至上千kV/m的微秒強(qiáng)脈沖電場。

脈沖測量范圍：10 kV/m~1000 kV/m

測試條件：使用標(biāo)準(zhǔn)雷電電磁脈沖發(fā)生器（上升時間1.2 μs±30%、半寬50 μs±20%，峰值電壓從1000 V到10000 V），電場探頭置于TEM cell中進(jìn)行測量，將原始信號與測量信號接入示波器對比。

測試結(jié)果展示（上升時間1.2 μs±30%、半寬50 μs±20%）：

測試結(jié)果展示（250 μs/2500 μs）：

                                                                    場強(qiáng)約111kV/m                          場強(qiáng)約222 kV/m

應(yīng)用案例二：納秒/皮秒電磁脈沖測量

背景介紹：

這類電磁脈沖的峰值場強(qiáng)一般從百V/m到幾十kV/m，脈沖時域波形上升時間、衰減時間以及半寬都在ns甚至ps量級，頻譜范圍主要覆蓋從幾十或者幾百kHz到幾百MHz甚至上GHz。因此，要求用于測量納秒電磁脈沖的系統(tǒng)具有寬帶寬、大線性動態(tài)范圍等特點(diǎn)。

適用范圍：瞬態(tài)電磁脈沖測量技術(shù)領(lǐng)域

測量范圍：0.1 kV/m ~100 kV/m

測試條件：

納秒脈沖觸發(fā)器與發(fā)生器作為信號發(fā)生系統(tǒng)，加入可調(diào)衰減器進(jìn)行幅度調(diào)整，電場探頭置于TEM cell中進(jìn)行測量，將原始信號與測量信號接入示波器對比。

測試結(jié)果展示：

應(yīng)用案例三：高功率微波信號測量

背景介紹：

雷達(dá)信號通常的工作頻段從0.1~40GHz，雷達(dá)偵查系統(tǒng)重要的任務(wù)之一是從截獲的雷達(dá)信號中測量出信號的頻率，這類信號覆蓋頻段較廣。在測量此類高場強(qiáng)信號時，傳統(tǒng)天線探頭不能正常工作甚至燒壞，光電場強(qiáng)測量系統(tǒng)探頭屬于無源探頭，可適應(yīng)這種持續(xù)的、大幅度信號進(jìn)行測量。

適用范圍：雷達(dá)探測技術(shù)領(lǐng)域

脈沖測量范圍：1kV/m~30 kV/m（時域量程）

測試條件：

使用信號源、功放、雷達(dá)信號發(fā)射機(jī)作為信號發(fā)生系統(tǒng)，暗室內(nèi)部的場強(qiáng)值根據(jù)功率計的讀數(shù)確定，將電場探頭置于微波暗室中進(jìn)行測量，測量信號通過示波器觀測。

雷達(dá)調(diào)制信號測試：

載波為3 GHz正弦波，調(diào)制信號為30 kHz方波，信號幅度為2 kV/m

應(yīng)用案例四：工/射頻場強(qiáng)測

背景介紹：

光電場強(qiáng)測量系統(tǒng)探頭采用光學(xué)晶體制作，屬于“無源探頭”，系統(tǒng)具有大帶寬、高穩(wěn)定度以及對無干擾的特點(diǎn)，可以精準(zhǔn)的測量工頻、射頻信號，通過系統(tǒng)內(nèi)置選頻設(shè)備或外接頻譜儀，可分析測量信號的頻譜及場強(qiáng)。

適用范圍：工頻、射頻信號測量技術(shù)領(lǐng)域

測量范圍：0.1V/m~30 kV/m（射頻）、100 V/m~200 kV/m（工頻）

測試條件：工頻電場在工頻電場校準(zhǔn)系統(tǒng)中測試，射頻信號在TEM/GTEM cell/微波暗室中測試，測量系統(tǒng)可采用內(nèi)置選頻設(shè)備，通過手持顯示設(shè)備可讀取被測的場強(qiáng)值。

工頻測量系統(tǒng)

射頻測量系統(tǒng)

測試結(jié)果展示：

OS-5-02主機(jī)顯示場強(qiáng)值

OS-5-5PC軟件顯示場強(qiáng)值

實(shí)際應(yīng)用案例：中國某計量測試研究所——高場強(qiáng)脈沖場測量

使用高功率功率放大器在混響室中可產(chǎn)生高于1000 V/m的連續(xù)電場信號，由于光波導(dǎo)電場傳感器的無源性，非常適合測量高場強(qiáng)信號，將探頭與主機(jī)使用光纜連接，主機(jī)輸出連接頻譜分析儀，在PC上配合場強(qiáng)測量軟件控制采集頻譜分析儀進(jìn)行場強(qiáng)與頻率的讀數(shù)，測量范圍200V/m~6000 V/m，載波頻率范圍1GHz~14 GHz，調(diào)制信號頻率范圍1kHz~100kHz，脈沖上升沿時間≤1ns。

注意：請勿在混響室中高功率微波環(huán)境長時間測試，否則熱量吸收有可能導(dǎo)致溫度過高損壞探頭。

實(shí)際應(yīng)用案例：中國某基地——化爆脈沖場測量

測試結(jié)果展示：

    利用光波導(dǎo)電磁場測量系統(tǒng)對國內(nèi)某基地化爆輻射電磁脈沖進(jìn)行測試。結(jié)果表明：觸發(fā)信號基本上與起爆瞬間同步，起爆后含能材料經(jīng)過一系列化學(xué)、物理變化產(chǎn)生電離，電離出大量的正負(fù)離子（電荷）形成爆炸輻射電磁脈沖。顯然，該電離過程是需要時間的，二者相差4-10ms；爆炸輻射電磁脈沖為一系列雙極性電磁脈沖組成的脈沖串，脈沖寬度在100 μs數(shù)量級，脈沖峰-峰場強(qiáng)在kV/m量級。