电流（注入）探头校准装置的研究

李四青 陈超婵 朱建刚

（上海市计量测试技术研究院 上海市 201203）

随着各类电子产品的迅速发展，种类日渐繁多，电子产品在使用过程中会产生相互电磁干扰。如果电子产品设备不具备一定的电磁抗干扰能力，会造成仪器不能正常工作进而产生安全事故。大电流注入技术广泛应用于电磁兼容抗扰度测试实验中，通过大电流注入用于模拟被测设备在工作状态下受电磁辐射的影响，而电流（注入）探头在测试过程中是最关键的设备之一，所以必须对其定期进行溯源校准。

目前市场上常用的电流（注入）探头产品种类众多，性能指标也不尽一样，每个探头必须配备专用型号的校准夹具，否则计量机构无法完成校准。每个厂家的探头型号规格不一致，校准夹具各式各样。因此本文将根据电流（注入）探头孔径内径对其进行分类，设计出满足各种电流（注入）探头型号校准需求的一套通用校准夹具装置，并通过具体校准实验来验证校准装置的合理性。其中设计夹具结构示意图如图1 所示[1]。

1 夹具尺寸分析与设计

校准夹具装置主要由三部分组成，具有感应电磁能量的内导体、左右对称的金属夹具竖版和连接输出端口的N 型接头组成[2]。

1.1 夹具内导体和接头设计

电流（注入）探头的内壁面与它相对应的夹具导体段之间的介质是空气，根据同轴线特性阻抗公式[2]，即可确定夹具装置内导体直径d，公式如下所示。

式中D 是同轴线外圆柱内导体的直径，d 是内圆柱导体的内径，ur为介质的相对磁导率，εr为介质的相对介电常数，校准夹具阻抗设计为50Ω。

夹具内导体和外接线缆通过N 型接头进行连接。但是由于内导体直径尺寸和N 型接头内导体孔径不一样，为了避免同轴结构产生反射，这里可以采用锥过渡连接，即利用一段圆锥段连接两部分同轴结构[3]。

1.2 夹具竖板设计

校准夹具装置中竖板的作用是不仅起到固定装置的作用，还可以连接底板、上顶板和电流（注入）探头整体构成一个回路。2 个竖板之间的距离也会影响整个装置的传输性能[4]。

根据电流（注入）探头的工作原理，探头和夹具的等效电路模型可以简化如图2。

图2 中，RL为夹具测试时两端的终端负载，均为50Ω。Ra为夹具内导体电阻损耗的一半。

从图3 中可以看出，随着竖板之间距离的增大，整个装置的电压驻波比也随之增大。因此在保证能安装电流（注入）探头的前提下，尽可能使得竖版之间的距离最小，同时也要避免谐振现象的产生。

综上分析可以得出校准夹具装置的尺寸参数并进行加工，加工出的机械装置示意图如图4 所示。

图1：校准夹具结构示意图

图2：校准夹具等效电路模型

图3：不同距离对应的电压驻波比

图4：校准夹具装置机械示意图

表1：F-120-6A 探头插入损耗实测值

表2：F-140-HV 探头插入损耗实测值

图5：电流探头校准系统

2 校准示例

电流探头校准系统原理图所示如图5 所示，首先将电流探头安装在校准夹具装置上，输入信号通过电磁耦合钳耦合到校准夹具上，频谱分析仪接收输出信号，电流探头的插入损耗即为输出信号电平大小和输入信号电平大小的差值。

以型号分别为F-120-6A 和F-140-HV 电流（注入）探头为例，分别连接加工好的校准夹具装置，同时连接网络分析仪，测得的电流探头插入损耗结果如表1、表2 所示。

2.1 F-120-6A电流（注入）探头

F-120-6A 电流探头出厂指标图如图6 所示，通过插入损耗实测值与出厂指标数值相比较，发现数据基本一致，误差很小。

图6：F-120-6A 电流（注入）探头指标曲线图

图7：F-140-HV 电流（注入）探头指标曲线图

2.2 F-140-HV电流（注入）探头

F-140-HV 电流探头出厂指标图如图7 所示，同样对比实测值和出厂指标数值，发现数据基本一致，误差很小。

结合以上2 个实验数据分析，针对不同的电流（注入）探头，通过使用校准夹具装置对其进行校准，发现所测数据和出厂指标数据偏差很小。

3 结论

本文通过对电流探头进行了理论分析，根据传输性能影响的变化趋势结合模拟仿真软件设计出电流探头夹具，得到了校准夹具装置的参数，设计出一套电流探头校准装置，最终通过实验数据验证了校准装置的可靠性和准确性。