本發明涉及電磁兼容實驗技術領域，尤其涉及一種用于場敏感型電磁脈沖防護材料性能測試的同軸裝置。

背景技術：

理想的場敏感型環境自適應電磁脈沖防護材料在低場強情況下為絕緣材料，對電磁波沒有屏蔽作用，當受到外部強電磁脈沖干擾或攻擊的時候，即外部電磁場突然顯著增加且超過某臨界場強的時候，由于材料特有的電化學和能量結構特征，能夠感知外部電磁環境的變化，可以在微納秒時間內發生絕緣/導電相變現象，電導率提升10²～10⁵數量級，使平時為絕緣體的材料迅速變為高導電的類金屬材料，對外來電磁波產生高反射和屏蔽，將強電磁脈沖能量阻擋在防護殼體之外，當外部干擾和攻擊強場消失以后，材料恢復到原始狀態，解決了電子裝備正常工作和強場防護之間的矛盾。而基于這種工作機理研制的電磁防護材料能不能在微納秒的時間內發生相變，不進行相應測試是無法獲知的，而這類電磁防護材料本身屬于新材料，如何測試其在強電磁脈沖下的絕緣體/導體相變性能還未有相關報道。

材料在發生絕緣體到導體的相變過程中，其動態性能將直接反映在對電磁脈沖的屏蔽效能上。在相變之前，材料是絕緣體，幾乎對電磁脈沖不起任何屏蔽作用，電磁脈沖將順利通過屏蔽體；在相變之后，材料是導體，對電磁脈沖將起到很大的屏蔽作用。因此，預估場致相變材料在相變前后其電磁脈沖屏蔽效能將發生極大的變化。通過測試材料屏蔽效能，便可實現對材料是否存在相變現象的快速判斷和初步評價。

在測試材料屏蔽效能的方法中，現有標準給出的窗口法、同軸法等材料屏蔽效能測試方法只能得到連續波條件下材料的頻域屏蔽效能，而對高功率電磁脈沖干擾效果的研究表明，僅憑屏蔽材料的頻域屏蔽效能還不能完全表征其對時域脈沖場的屏蔽效果。目前國內外的研究首先是通過時域脈沖在屏蔽前后的波形參數（上升沿、脈寬和峰值等）上的變化以及能量的變化來定義電磁脈沖時域屏蔽效能，然后通過直接或間接的手段獲得時域屏蔽效能的值。直接的手段包括：采用TEM喇叭天線等輻射式天線的方法、基于光纖傳輸系統的電磁脈沖模擬器的方法、采用TEM室或GTEM室的方法以及“試件法”等；間接的手段則主要是已知頻域屏蔽效能的值，通過最小相位法或者向量擬合法等進行波形重建的方法。

以上的測試方法均有一個前提，即測試的材料在整個測試過程中并沒有發生相變，而且部分測量方法是在弱場或者連續波環境下進行，因此上述方法并不完全適用于場致相變材料的測試，需要進行改進設計。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是提供一種用于場敏感型電磁脈沖防護材料性能測試的同軸裝置，通過使用該裝置對被測材料進行測試，解決現有測試系統不適合于場敏感型電磁防護材料相變性能測試的問題。

為解決上述技術問題，本發明所采取的技術方案是：一種用于場敏感型電磁脈沖防護材料性能測試的同軸裝置，包括寬帶連續導體同軸夾具、有機玻璃圓筒、端蓋和加固圓環，所述有機玻璃圓筒兩端分別嵌裝端蓋，寬帶連續導體同軸夾具水平支撐于有機玻璃圓筒內、且貫穿端蓋的兩端分別借助于加固圓環固定，寬帶連續導體同軸夾具包括同軸安裝的內導體和外導體，內導體借助于聚四氟乙烯介質支撐體同軸支撐在外導體軸向通孔中，所述外導體包括對稱設置的外導體支撐段、外導體左連接段和外導體右連接段，外導體左連接段和外導體右連接段同軸螺紋連接，兩段外導體支撐段分別固定安裝在外導體左連接段左端和外導體右連接段右端，所述內導體包括軸向對接的內導體左連接段和內導體右連接段，內導體左連接段與外導體左連接段的內孔之間安裝聚四氟乙烯介質支撐體，內導體右連接段與外導體由連接段的內孔之間安裝聚四氟乙烯介質支撐體，內導體左連接段的左端和內導體右連接段的右端分別對接內導體連接段。

所述外導體支撐段側壁上設有徑向通孔，所述有機玻璃圓筒兩端面上均設置用于安裝O形密封圈的第一環形溝槽，所述加固圓環的內端面上設有用于安裝O形密封圈的第二環形溝槽，加固圓環(1)與外導體支撐段穿出端蓋的一端螺紋連接。

所述內導體外徑為5.65mm，外導體內孔直徑為13mm，寬帶連續導體同軸夾具末端使用N型同軸連接器與同軸線纜連接。

外導體與內導體之間的聚四氟乙烯介質支撐體的支撐位置處同軸線的阻抗為50Ω，在支撐介質與空氣交界面上挖一個環形凹槽，形成小電感來補償不連續電容，環形凹槽的深度和寬度分別為0.46mm和3.42mm。

采用上述技術方案所產生的有益效果在于：

（1）同軸測試裝置為經過絕緣設計的新型同軸夾具，由可以充高壓絕緣氣體的密閉有機玻璃圓筒和置于其中的同軸夾具組成。該測試裝置頻域性能良好：上限頻率10.23GHz，在0~8GHz范圍內，回波損耗小于20dB，可以有效地傳輸電磁脈沖。同時，該測試裝置具有較大的動態范圍：脈沖源輸出脈沖峰值電壓為10V~4.1kV，經計算同軸裝置內部的電場強度范圍約為2kV/m~871kV/m。由于場敏感型電磁脈沖防護材料內部多摻雜金屬離子，在同軸夾具內受到強電磁脈沖時容易導致材料表面放電而影響材料相變性能的判斷，而新型同軸夾具內充有絕緣氣體，可以有效地避免這一現象，保證在大動態范圍內對材料在強電磁脈沖下的相變特性進行準確測量。

（2）由該同軸測試裝置構成的測試系統可以方便地判斷材料相變現象，計算材料相變場強閾值和響應時間。材料在未相變之前是絕緣介質，在同軸夾具內不影響電磁脈沖的傳輸，所以在示波器上顯示的波形應與脈沖源輸出波形一致；材料在相變以后是具有一定電導率的導體，對電磁脈沖具有一定的屏蔽效能，因此在示波器上顯示的波形將會發生變化，根據變化時刻的輸入脈沖電壓峰值可以方便地計算得到材料相變場強閾值，而根據變化后的波形可以測量得到材料的響應時間。示波器高達20GHz的采樣率，可以分辨ps量級的上升沿，足以追蹤測量材料的相變響應時間。

附圖說明

下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步詳細的說明。

圖1是本發明的結構示意圖；

圖2是測試系統原理框圖；

其中：1、加固圓環；2、端蓋；3、有機玻璃圓筒；4、外導體支撐段；5、內導體連接段；6、聚四氟乙烯介質支撐體；7、外導體左連接段；8、內導體左連接段；9、外導體右連接段；10、內導體右連接段；11、充氣孔；12、氣壓表安裝孔；13、第一環形溝槽；14、第二環形溝槽。

具體實施方式

下面結合附圖，對本發明中的技術方案進行具體描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

在下面的描述中闡述了很多具體細節以便于充分理解本發明，但是本發明還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本發明內涵的情況下做類似推廣，因此本發明不受下面公開的具體實施例的限制。

如圖1所示，本發明公開了一種用于場敏感型電磁脈沖防護材料性能測試的同軸裝置包括寬帶連續導體同軸夾具、有機玻璃圓筒3、端蓋2和加固圓環1，所述有機玻璃圓筒3兩端分別嵌裝端蓋2，寬帶連續導體同軸夾具水平支撐于有機玻璃圓筒內、且貫穿端蓋的兩端分別借助于加固圓環1固定，寬帶連續導體同軸夾具包括同軸安裝的內導體和外導體，內導體借助于聚四氟乙烯介質支撐體6同軸支撐在外導體軸向通孔中，所述外導體包括對稱設置的外導體支撐段4、外導體左連接段7和外導體右連接段9，外導體左連接段7和外導體右連接段9同軸螺紋連接，兩段外導體支撐段4分別固定安裝在外導體左連接段7左端和外導體右連接段9右端，所述內導體包括軸向對接的內導體左連接段8和內導體右連接段10，內導體左連接段8與外導體左連接段7的內孔之間安裝聚四氟乙烯介質支撐體6，內導體右連接段10與外導體由連接段9的內孔之間安裝聚四氟乙烯介質支撐體6，內導體左連接段(8)的左端和內導體右連接段10的右端分別對接內導體連接段5。通過充氣氣嘴為有機玻璃圓筒內充入高壓絕緣氣體，氣壓表顯示充入的氣體壓力。在外導體和絕緣支撐件上均打有小孔，可以保證氣體完全包圍內導體和受試材料，從而避免材料表面放電現象。

同軸夾具的內導體外徑為5.65mm、外導體內徑為13mm，上限頻率為10.23GHz。同軸線夾具末端使用N型同軸連接器底座與線纜連接，本發明選用N-50KF連接器，其內導體芯的直徑為3.04mm，外導體內徑為7mm。同軸線尺寸突變的地方會產生不連續階梯電容，處理不好會引起強烈反射，降低同軸線夾具的性能。本發明對內導體采用軸向階梯錯位方式形成的小電感來補償不連續電容。在內外導體半徑發生變化位置，對棱邊倒圓角，以削弱其位置處的場強，防止尖端放電。

支撐介質采用聚四氟乙烯，相對介電常數，厚度d =4mm。由于支撐介質的存在，改變了放置支撐介質位置處的特征阻抗。為保證同軸夾具特征阻抗為50Ω，支撐介質浸入外導體和內導體的深度分別設為0.7mm和0.64mm。為進一步減小不連續電容，降低在寬頻帶上的反射，在支撐介質與空氣交界面上挖一個環形凹槽，形成小電感來補償不連續電容，環形凹槽的深度W 和寬度L 經過計算和仿真優化分別設為0.46mm和3.42mm。

為方便夾持材料和保持材料與同軸線夾具間良好的電連接，以夾持材料為中心將內外導體分成可拆卸的兩部分，兩部分的外導體通過螺紋的旋緊來固定材料，兩部分的內導體則通過栓舌和同樣深度的凹槽保持連接。該夾具可以測試內徑為3mm，外徑41mm，厚度小于5mm的圓環狀材料，采用本裝置組成的測試系統包括高頻噪聲模擬器、新型同軸測試裝置、衰減器和示波器，所述高頻噪聲模擬器信號輸出端通過同軸電纜連接同軸測試裝置信號輸入端口，所述測試裝置信號輸出端口連接衰減器，衰減器信號輸出端連接示波器信號端（參見附圖2）。

在進行測試前，需要先進行驗證試驗，判斷測試裝置本身對測試結果是否產生影響，判斷的方法是：在測試裝置不帶材料的情況下，給測試裝置的信號輸入端口輸入一個方波信號，如果測試裝置具有良好的阻抗匹配以及耐高壓特性，那么通過測試裝置信號輸出端口在示波器上顯示的輸出信號應該與原輸入方波完全一致，這也證明該測試裝置不會影響到被測材料特性的測試。通過試驗驗證，輸入波形和輸出波形的幅值、脈沖寬度、上升沿均一致。

測試時將測試材料固定在同軸夾具內，同時充入高壓絕緣氣體，調節高頻噪聲模擬器的輸出電壓和脈沖寬度，為測試裝置提供輸入波形，使被測材料處在一個均勻場強下，通過示波器觀察輸出波形，如果輸出波形和原輸入波形一致，那就是被測材料還處于絕緣狀態，被測材料在測試電路中未其作用，然后逐步調高輸入波形的電壓，進而提高被測材料所處的場強，如果輸出波形發生了變化，就說明被測材料由原來的MΩ級在很短的時間內下降到百Ω級，通過觀察輸出波形的變化可以計算其響應時間，發生變化的場強就是能夠使被測材料發生相變的場強閾值。

總之，本發明通過絕緣設計，避免了由于材料表面在強場電磁脈沖作用下放電而影響對材料相變特性進行判斷的問題。使用高頻噪聲模擬器提供方波信號，示波器作為顯示裝置構成的測試系統，與現有測試系統相比，具有結構簡單、體積小、頻帶范圍寬，動態范圍大、可用于強場脈沖測試以及測試結果重復性好和穩定度高的優點。