一種多節漸變同軸式元件高壓快脈衝響應測試夾具的製作方法

2023-05-17 09:54:47

本實用新型涉及一種同軸式測試夾具技術領域，尤其是涉及一種多節漸變同軸式元件高壓快脈衝響應測試夾具。

背景技術：

高功率電磁脈衝武器的發展已經對電子電力系統的安全造成了嚴重的威脅，高功率電磁脈衝的特點就是功率高，脈衝上升時間快，頻帶寬。相對雷電電磁脈衝，核電磁脈衝、高功率微波、超寬帶等高功率電磁脈衝高頻成分豐富，上升沿可達ns甚至亞ns量級。高功率電磁脈衝對電氣電子設備的攻擊方式主要有兩種，一種是通過設備外殼的孔口和縫隙等直接耦合進入設備內部造成破壞效應，另一種是通過信息化設備的電源線、控制線以及信號線等金屬芯線耦合併傳導進入設備內部造成破壞。相對而言，傳導騷擾很難通過設備自身的加固進行防範，使用浪湧保護元件是一種有效的防護手段。浪湧保護元件的動作速度、過衝響應特性、通流能力等是否理想，決定了對高功率電磁脈衝的實際防護效果。但是，由於不同種高功率電磁脈衝波形參數差別較大，電磁脈衝對半導體元件的作用機理也較為複雜，使得保護元件的快脈衝響應特性很難通過仿真得到，因此，測試是評價元件保護性能的重要手段。

現有浪湧保護元件測試方法和計量標準多針對雷電脈衝（上升時間為us級），而針對ns甚至亞ns級的快脈衝防護，目前還沒有成熟的防護性能檢測裝置以及測試標準。保護元件快脈衝響應測試是電磁兼容與防護技術領域的一個關鍵技術問題，其中，元件測試夾具作為保護元件接入測試電路的必需裝置，需進行有效的設計，且滿足以下幾點特性：第一，高功率電磁脈衝上升沿快，高頻成分豐富，為保證注入保護元件的脈衝波形不失真，測試夾具必須和測試系統阻抗相匹配，在指定高頻段駐波比等指標參數滿足要求。第二，測試夾具必須能夠隔離瞬態脈衝輻射對外界測試環境的影響，具有屏蔽效能。第三，高功率電磁脈衝能量很高，峰值場強可達MV/m級，測試夾具必須具有較高的耐壓強度，保證接入測試電路不會被燒毀，確保測試系統的安全。同時，常用快脈衝保護元件種類較多，引線電感長度不同，因此，夾具最好能夠進行多節設計，可將不同類型的保護元件接入測試電路。解放軍軍械工程學院曾研製了一種50Ω微帶傳輸線直插式元件測試夾具，該夾具通過設計微帶電路並加裝金屬殼體，較好地實現了固定測試元件和屏蔽外界輻射的功能。但微帶線的耐壓強度較低，待測脈衝電壓幅值較高時有燒毀測試夾具的危險，同時微帶到同軸接頭的轉接處容易引起高頻信號的折反射，造成該測試夾具在1~3GHz微波頻段內的傳輸特性並不是很理想。

技術實現要素：

為了解決背景技術中的問題，本實用新型公開了一種多節漸變同軸式元件高壓快脈衝響應測試夾具。本實用新型的目的在於解決現有技術和測試裝置中測試夾具耐壓強度較低，高頻傳輸特性不理想影響測試結果的問題。在進行保護元件快脈衝注入試驗時，用於待測元件與脈衝信號源和示波器的連接，儘量保證作用到元件兩端的測試脈衝波形與源脈衝波形相一致。

為了實現所述實用新型目的，本實用新型採用如下技術方案：

一種多節漸變同軸式元件高壓快脈衝響應測試夾具，其整體為封閉的同軸金屬屏蔽體，主要包括左端部分、右端部分和中間部分三部分漸變結構的同軸夾具；所述的左、右兩端為結構相同的漸變錐體結構，對稱設置在中間部分的兩側；所述左右兩端部分分別包括漸變錐體內導體和漸變錐體外導體，漸變錐體內導體和漸變錐體外導體兩者的直徑從端部到與中間部分結合部位為逐漸增大的錐體結構，漸變錐體內導體和漸變錐體外導體的端部分別連接有等徑的延長內導體和等徑的延長外導體；所述的中間部分整體為圓柱形同軸結構，其包括左段同軸、右段同軸和中段同軸，左段同軸和右段同軸結構相同，對稱設置在中段同軸部分的兩側，左段同軸和右段同軸分別包括直徑為漸變結構的內導體和漸變結構的外導體，中段同軸夾具包括等徑圓柱內導體c和等徑的中段外導體；左段同軸部分的外導體和右段同軸部分的外導體分別與左右兩端的漸變錐體外導體通過法蘭盤連接，左段同軸部分的內導體和右段同軸部分的內導體分別與左右兩端的漸變錐體內導體通過聯接螺栓連接；所述的中間夾具的內導體外表面和外導體內壁上相對設置有測試器件焊點。同時，為提高夾具內變化截面處的阻抗匹配特性，設計一種軸向錯位補償的方法，對夾具中間部分由等徑導體向漸變錐體處進行內外徑錯位補償，減少了因半徑突變造成的高頻信號傳輸性能下降。

所述的中間部分的左、右兩段同軸內導體分別包括至少一節的等徑圓柱內導體和一節的階梯狀圓柱內導體。

所述的中間部分的左、右兩段同軸外導體至少包括一節內徑為漸變結構的外導體。

進一步所述中間部分的左、右兩段同軸內導體包括兩節的等徑圓柱內導體a和等徑圓柱內導體b，兩節的階梯狀圓柱內導體a和階梯狀圓柱內導體b，其直徑從與漸變錐體內導體連接處到與中段等徑圓柱內導體c連接部位逐漸增大，兩節等徑圓柱內導體和兩節階梯狀圓柱內導體交替連接。

進一步所述中間部分的左、右兩段同軸外導體分別由外導體a和外導體構成，兩者間通過法蘭盤、螺帽和螺絲連接固定，其內徑從與漸變錐體外導體連接的部位到與中段外導體連接的部位逐漸增大，其由等徑的內徑和階梯狀內徑交替設置構成，其等徑的內徑部位和階梯狀內徑部位分別與等徑圓柱內導體和階梯狀圓柱內導體相對應，外導體b與中段外導體通過法蘭盤連接。

所述的中間部分的內導體外表面和外導體內壁上設置有六對測試器件焊點。

所述的中間部分的內導體外表面和外導體內壁之間設置有固定支撐作用的聚四氟乙烯支撐環。

由於採用了上述技術方案，本實用新型具有如下有益效果：

該同軸測試夾具本身就是一個封閉的金屬屏蔽體，可以降低快速電磁脈衝輻射場對被測試保護元件的影響，不需要另外設計金屬屏蔽盒，減少了設計步驟，降低了設計難度。此外，多節漸變結構的內外同軸設計，可以方便不同長度的保護元件接入測試電路，使得該夾具具有一定通用性；兩端可分別拆卸的法蘭盤，使得元件更換時也較為便捷。同時，整個夾具內部各處的特性阻抗設計一致（50Ω），且採用軸向錯位補償法對漸變結構的截面處進行設計，可最大限度減少測試中由於阻抗不匹配引起的高頻信號反射問題，提高夾具的高頻傳輸性能，保證測試結果的準確性。夾具內外徑間採用聚四氟乙烯作為支撐材料，可以保持整個測試夾具的結構穩定。經過計算分析，該測試夾具具有較高的耐壓強度，最低耐壓值可達11kV，可用於中高壓脈衝信號的測試，確保測試系統不被燒毀。

所述測試夾具具有如下特點：固定被測試元件，同時可根據元件引線長度，接入夾具的不同部位處，減小夾具引起的波形畸變。保證夾具內阻抗匹配，將特性阻抗設計為50Ω，並對漸變結構截面處進行軸向錯位補償，經測試該夾具具有良好的傳輸特性，可保證在1M~3GHz頻段內駐波比參數小於1.4。隔離瞬態脈衝的輻射，解決快沿脈衝輻射場對保護元件的影響。具有較高的耐壓強度值，保證在中高壓脈衝測試時保護元件和測試系統的安全。此外，該夾具結構簡單，各部分尺寸相對固定，可靈活拆卸，方便進行標準化製作和批量加工，具有較好的推廣和使用前景。

附圖說明

下面結合附圖和具體實施方式可對本實用新型專利做進一步的詳細說明。

圖1為本實用新型的夾具整體結構剖面圖。

圖2為本實用新型的夾具的裝配分解圖。

圖3為本實用新型在1M~3G頻段內的實測駐波比曲線圖。

其中1、延長內導體，2、延長外導體，3、支撐環，4、漸變錐體內導體，5、漸變錐體外導體，6、聯接螺柱，7、法蘭盤，8、螺帽，9、螺絲，10、測試器件焊點，11、等徑圓柱內導體a，11-1、階梯狀圓柱內導體a，12、等徑圓柱內導體b，12-1、階梯狀圓柱內導體b，13、等徑圓柱內導體c，14、外導體a，15、外導體b，16、中段外導體，17、延伸插針。

具體實施方式

如圖1所示：其整體為封閉的金屬屏蔽體，主要包括左端部分、右端部分和中間部分三部分漸變結構的同軸夾具；所述的左、右兩端為結構相同的漸變錐體結構，對稱設置在中間部分的兩側；所述左右兩端部分分別包括漸變錐體內導體4、漸變錐體外導體5，漸變錐體內導體4和漸變錐體外導體5兩者的直徑從端部到與中間部分結合部位為逐漸增大的錐體結構，漸變錐體內導體4和漸變錐體外導體5的端部分別連接有等徑的延長內導體1和延長外導體2。

所述的中間部分整體為圓柱形同軸結構，其包括左段同軸部分、右段同軸部分和中段同軸部分，左段同軸部分和右段同軸部分結構相同，對稱設置在中段同軸部分兩側，左段同軸和右段同軸分別包括直徑為漸變結構的內導體和漸變結構的外導體，中段同軸部分包括等徑圓柱內導體c13和中段外導體16。左段同軸部分的外導體和右段同軸部分的外導體分別與左右兩端的漸變錐體外導體通過法蘭盤連接，左段同軸夾具的內導體和右段同軸夾具的內導體分別與左右兩端的漸變錐體內導體通過聯接螺栓6連接。

如圖2所示：所述的中間同軸部分的左、右兩段同軸結構的內導體分別包括至少一節的等徑圓柱內導體和一節的階梯狀圓柱內導體。本實施例左、右兩段同軸結構的內導體包括兩節的等徑圓柱內導體a11和等徑圓柱內導體b12，兩節的階梯狀圓柱內導體a11-1和階梯狀圓柱內導體b12-1，其直徑從與漸變錐體內導體4連接處到與中段等徑圓柱內導體c13連接部位逐漸增大。兩節等徑圓柱內導體和兩節的階梯狀圓柱內導體交替連接。

所述的中間同軸部分中的左、右兩段同軸結構的外導體至少包括一節內徑為漸變結構的外導體。本實施例的左、右兩段同軸結構的外導體分別由外導體a14和外導體b15，兩節之間通過法蘭盤7、螺帽8和螺絲9連接固定，其內徑從與漸變錐體外導體5連接的部位到與中段外導體16連接的部位逐漸增大，其有等徑的內徑和階梯狀內徑交替設置構成，其等徑的內徑部位和階梯狀內徑部位分別與等徑圓柱內導體和階梯狀圓柱內導體相對應。外導體b15與中段外導體16通過法蘭盤連接。在相對的中間同軸夾具中的內導體外表面和外導體內壁上分別設置有測試器件焊點10。本實施例為六對焊點可為該款同軸夾具提供多種不同尺寸測試器件焊接方案。在內、外導體間設置有支撐環3，起固定支撐作用。

如圖3所示的1M~3G頻段內的實測駐波比曲線圖，從圖上可以看出，該夾具在2GHz內駐波比小於1.2，2~3GHz內駐波比小於1.4，在3GHz內都有平坦的頻率響應。

本實施例為解決快速電磁脈衝輻射場對被保護元件的影響，測試夾具整體構成一個金屬屏蔽體，且由多組可靈活拆卸的部件組成，使用簡單，裝配方便。為滿足不同尺寸元件的測試需求，將夾具設計為多節漸變結構，在三段不同尺寸的內外導體間設計六對焊接點，方便元件接入。為解決測試裝置高頻傳輸特性不理想、阻抗不匹配的問題，本實用新型採用同軸線傳輸原理，將夾具各處特性阻抗設計為50Ω；同時在漸變同軸部分截面處進行軸向錯位補償和多段階梯狀緩漸變方案，減小因內外徑尺寸突變引起的高頻信號折反射。為解決測試夾具耐壓較低，無法應用在高壓脈衝信號測試領域的問題，在夾具內外中間設計聚四氟乙烯絕緣支撐環，可以保持整個測試夾具的結構穩定。

本文中應用了具體個例對本實用新型的原理及其實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用來幫助理解本實用新型的方法及其核心思想。應當指出，對於本領域的普通技術人員來講，在不脫離本實用新型原理的前提下還可以對本實用新型進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本實用新型權利要求的保護範圍內。