用于電磁脈沖測(cè)量的電場(chǎng)傳感器的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種用于電磁脈沖測(cè)量的電場(chǎng)傳感器。其特點(diǎn)是：包括D-dot天線，該D-dot天線依次與有源積分電路、電光轉(zhuǎn)換電路連接，從而在接收空間中的電場(chǎng)信號(hào)后將天線輸出的微分信號(hào)轉(zhuǎn)換為原始電場(chǎng)信號(hào)，最后調(diào)制為光信號(hào)通過(guò)光纖傳輸出去。本發(fā)明提供了一種用于電磁脈沖測(cè)量的電場(chǎng)傳感器，采用了D-dot微分天線來(lái)接收電場(chǎng)信號(hào)，并研制了一種有源積分電路來(lái)處理天線的輸出信號(hào)，從而提高了傳感器的響應(yīng)帶寬與靈敏度。天線與傳感器主體可通過(guò)螺紋孔安裝與拆卸，從而使得電場(chǎng)傳感器的靈敏度可以通過(guò)調(diào)節(jié)天線的長(zhǎng)度來(lái)調(diào)節(jié)，且便于攜帶運(yùn)輸。
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于電磁脈沖測(cè)量的電場(chǎng)傳感器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于電磁脈沖測(cè)量的電場(chǎng)傳感器。

【背景技術(shù)】
[0002]有許多學(xué)者與研究機(jī)構(gòu)對(duì)用于電磁脈沖測(cè)量的電場(chǎng)傳感器進(jìn)行了大量的研究工作。從前人的研究成果可以看出，目前用于電場(chǎng)測(cè)量的傳感器大多采用棒狀電小天線作為接收天線，棒狀電小天線本身的高頻截止頻率較低且需要高阻抗輸入的阻抗匹配電路，實(shí)際阻抗匹配電路無(wú)法滿足棒狀電小天線的輸出阻抗要求從而進(jìn)一步限制了傳感器的上限截止頻率。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種用于電磁脈沖測(cè)量的電場(chǎng)傳感器，能夠提高傳感器的響應(yīng)帶寬與靈敏度。
[0004]一種用于電磁脈沖測(cè)量的電場(chǎng)傳感器，其特別之處在于:包括D-dot天線，該D-dot天線依次與有源積分電路、電光轉(zhuǎn)換電路連接，從而在接收空間中的電場(chǎng)信號(hào)后將天線輸出的微分信號(hào)轉(zhuǎn)換為原始電場(chǎng)信號(hào)，最后調(diào)制為光信號(hào)通過(guò)光纖傳輸出去。
[0005]其中還包括金屬屏蔽殼，所述有源積分電路和電光轉(zhuǎn)換電路均安裝在該金屬屏蔽殼內(nèi)，在該金屬屏蔽殼的外壁上可拆卸安裝有D-dot天線，并且在該D-dot天線旁的金屬屏蔽殼上設(shè)有一個(gè)正方形的面，從而作為D-dot天線的鏡像地平面。
[0006]其中D-dot天線采用單極子的形式，并且D-dot天線末端的半錐角取47度從而獲得50歐姆的輸出阻抗。
[0007]其中有源積分電路包括高頻運(yùn)算放大器，該高頻運(yùn)算放大器的反相輸入端接地而其同相輸入端接D-dot天線，并且在該反相輸入端和同相輸入端之間串聯(lián)有匹配電阻，另外在該高頻運(yùn)算放大器的同相輸入端和輸出端之間分別并聯(lián)有積分電容和抑制漂移電阻，該高頻運(yùn)算放大器的輸出端還通過(guò)耦合電容接DFB激光器的正極輸入端。
[0008]其中電光轉(zhuǎn)換電路包括DFB激光器，該DFB激光器的正極輸入端通過(guò)隔交電感和偏置電阻與+5V直流電源相連，而其負(fù)極輸入端接地。
[0009]其中DFB激光器通過(guò)光纖法蘭與光纖連接。
[0010]本發(fā)明提供了一種用于電磁脈沖測(cè)量的電場(chǎng)傳感器，采用了 D-dot微分天線來(lái)接收電場(chǎng)信號(hào)，并研制了一種有源積分電路來(lái)處理天線的輸出信號(hào)，從而提高了傳感器的響應(yīng)帶寬與靈敏度。天線與傳感器主體可通過(guò)螺紋孔安裝與拆卸，從而使得電場(chǎng)傳感器的靈敏度可以通過(guò)調(diào)節(jié)天線的長(zhǎng)度來(lái)調(diào)節(jié)，且便于攜帶運(yùn)輸。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和創(chuàng)新之處是采用了 D-dot天線和有源積分器，并可以通過(guò)采用不同長(zhǎng)度的天線來(lái)調(diào)節(jié)傳感器的靈敏度。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011]附圖1為本發(fā)明中D-dot天線輪廓圖；
[0012]附圖2為本發(fā)明中有源積分電路與電光轉(zhuǎn)換電路的原理圖；
[0013]附圖3為本發(fā)明中電場(chǎng)傳感器的測(cè)試波形圖。

【具體實(shí)施方式】
[0014]如圖1所示，本發(fā)明是一種用于電磁脈沖測(cè)量的電場(chǎng)傳感器，包括D-dot天線，該D-dot天線依次與有源積分電路、電光轉(zhuǎn)換電路連接，從而在接收空間中的電場(chǎng)信號(hào)后將天線輸出的微分信號(hào)轉(zhuǎn)換為原始電場(chǎng)信號(hào)，最后調(diào)制為光信號(hào)通過(guò)光纖傳輸出去。還包括金屬屏蔽殼，所述有源積分電路和電光轉(zhuǎn)換電路均安裝在該金屬屏蔽殼內(nèi)，在該金屬屏蔽殼的外壁上可拆卸安裝有D-dot天線，并且在該D-dot天線旁的金屬屏蔽殼上設(shè)有一個(gè)正方形的面，從而作為D-dot天線的鏡像地平面。
[0015]其中D-dot天線采用單極子的形式，并且D-dot天線末端的半錐角取47度從而獲得50歐姆的輸出阻抗。其中有源積分電路包括高頻運(yùn)算放大器，該高頻運(yùn)算放大器的反相輸入端接地而其同相輸入端接D-dot天線，并且在該反相輸入端和同相輸入端之間串聯(lián)有匹配電阻，另外在該高頻運(yùn)算放大器的同相輸入端和輸出端之間分別并聯(lián)有積分電容Cl和抑制漂移電阻R，該高頻運(yùn)算放大器的輸出端還通過(guò)耦合電容C_ple接DFB激光器的正極輸入端。DFB激光器的正極輸入端通過(guò)隔交電感L和偏置電阻r與+5V直流電源相連，負(fù)極輸入端接地。激光器需要通過(guò)光纖法蘭與光纖連接。
[0016]電磁脈沖信號(hào)一般具有納秒級(jí)的上升時(shí)間，且脈沖寬度可持續(xù)幾十納秒，本發(fā)明解決了電磁脈沖信號(hào)的測(cè)量，利用D-dot天線技術(shù)和有源積分器技術(shù)結(jié)合起來(lái)，研制了一種基于光纖傳輸?shù)膶掝l帶電場(chǎng)傳感器。
[0017]本發(fā)明的電場(chǎng)傳感器采用響應(yīng)頻帶寬的D-dot天線接收空間中的電場(chǎng)信號(hào)，利用所設(shè)計(jì)的有源積分器將天線輸出的微分信號(hào)轉(zhuǎn)換為原始電場(chǎng)信號(hào)，并利用電光轉(zhuǎn)換電路將電信號(hào)調(diào)制為光信號(hào)通過(guò)光纖傳輸出去。將有源積分器和電光轉(zhuǎn)換電路安裝在一個(gè)招制的金屬屏蔽殼中，該金屬屏蔽殼具有一個(gè)正方形的面作為D-dot天線的鏡像地平面。
[0018]1、D-dot 天線分析:
[0019]D-dot天線是基于等效電荷法所設(shè)計(jì)的微分天線,天線的外形輪廓由特定的電荷分布的等位面來(lái)確定，而且天線的等效電容、等效面積等參數(shù)都可以精確計(jì)算。所設(shè)計(jì)的D-dot天線輪廓圖如圖1所示?？梢?jiàn)天線末端的半錐角取47度以獲得50歐姆的輸出阻抗，天線末端的圓錐部分逐漸過(guò)渡為一段M2的螺桿，以便能夠安裝在傳感器的屏蔽殼上預(yù)留的帶有M2螺孔的天線座上,天線座與屏蔽殼體絕緣。所設(shè)計(jì)的D-dot天線是單極子的形式，采用傳感器的屏蔽金屬外殼作為天線的鏡像地平面，因此天線的高度應(yīng)小于屏蔽金屬外殼邊長(zhǎng)的1/6。
[0020]2、有源積分與電光轉(zhuǎn)換電路:
[0021]有源積分與電光轉(zhuǎn)換電路的原理圖如圖2所示。D-dot天線直接與50歐姆的匹配電阻相連，輸出的信號(hào)送入有源積分器，有源積分器由高頻運(yùn)算放大器、積分電容C1和抑制漂移電阻R組成。積分電容C1選用高頻的微波貼片電容來(lái)減小寄生電感對(duì)積分器的影響，抑制漂移電阻R選取的原則是時(shí)間常數(shù)τ =I^C1應(yīng)該不小于被測(cè)信號(hào)脈寬的十倍。有源積分器輸出的信號(hào)通過(guò)耦合電容C_ple作用于DFB激光器上。為使激光器工作與線性區(qū)，需要給激光器提供偏置電流，并通過(guò)隔交電感L隔離來(lái)自積分器的高頻信號(hào)。
[0022]3、【具體實(shí)施方式】:
[0023]將所研制的電場(chǎng)傳感器置于被測(cè)電磁脈沖輻射場(chǎng)的空間中，使天線的方向與想要測(cè)的電場(chǎng)極化方向重合，在遠(yuǎn)端屏蔽室內(nèi)通過(guò)光接收機(jī)接收傳感器輸出的光信號(hào)，并利用示波器將信號(hào)存儲(chǔ)下來(lái)。
[0024]4、標(biāo)定結(jié)果:
[0025]在TEM小室中對(duì)電場(chǎng)傳感器進(jìn)行了測(cè)試實(shí)驗(yàn)。利用方波脈沖發(fā)生器產(chǎn)生快前沿的方波信號(hào)，該方波信號(hào)通過(guò)TEM小室就會(huì)在TEM小室中產(chǎn)生相應(yīng)的平面電磁波。把電場(chǎng)傳感器放入--Μ小室中測(cè)量--Μ小室中的電場(chǎng)信號(hào)，并使天線的方向與電場(chǎng)的極化方向重合。將方波脈沖發(fā)生器輸出的電壓信號(hào)和主極化方向上的測(cè)量結(jié)果同時(shí)輸入示波器中，結(jié)果如圖3所示。
[0026]其中實(shí)線波形表示脈沖發(fā)生器輸出電壓的歸一化波形；虛線波形表示測(cè)量得到的歸一化波形，可見(jiàn)上升時(shí)間小于3ns，測(cè)量脈寬為50ns的方波信號(hào)無(wú)平頂下降現(xiàn)象。
【權(quán)利要求】
1.一種用于電磁脈沖測(cè)量的電場(chǎng)傳感器，其特征在于:包括D-dot天線，該D-dot天線依次與有源積分電路、電光轉(zhuǎn)換電路連接，從而在接收空間中的電場(chǎng)信號(hào)后將天線輸出的微分信號(hào)轉(zhuǎn)換為原始電場(chǎng)信號(hào)，最后調(diào)制為光信號(hào)通過(guò)光纖傳輸出去。
2.如權(quán)利要求1所述的用于電磁脈沖測(cè)量的電場(chǎng)傳感器，其特征在于:還包括金屬屏蔽殼，所述有源積分電路和電光轉(zhuǎn)換電路均安裝在該金屬屏蔽殼內(nèi)，在該金屬屏蔽殼的外壁上可拆卸安裝有D-dot天線，并且在該D-dot天線旁的金屬屏蔽殼上設(shè)有一個(gè)正方形的面，從而作為D-dot天線的鏡像地平面。
3.如權(quán)利要求1所述的用于電磁脈沖測(cè)量的電場(chǎng)傳感器，其特征在于:其中D-dot天線采用單極子的形式，并且D-dot天線末端的半錐角取47度從而獲得50歐姆的輸出阻抗。
4.如權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)所述的用于電磁脈沖測(cè)量的電場(chǎng)傳感器，其特征在于:其中有源積分電路包括高頻運(yùn)算放大器，該高頻運(yùn)算放大器的反相輸入端接地而其同相輸入端接D-dot天線，并且在該反相輸入端和同相輸入端之間串聯(lián)有匹配電阻，另外在該高頻運(yùn)算放大器的同相輸入端和輸出端之間分別并聯(lián)有積分電容和抑制漂移電阻，該高頻運(yùn)算放大器的輸出端還通過(guò)耦合電容接DFB激光器的正極輸入端。
5.如權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)所述的用于電磁脈沖測(cè)量的電場(chǎng)傳感器，其特征在于:其中電光轉(zhuǎn)換電路包括DFB激光器，該DFB激光器的正極輸入端通過(guò)隔交電感和偏置電阻與+5V直流電源相連，而其負(fù)極輸入端接地。
6.如權(quán)利要求5所述的用于電磁脈沖測(cè)量的電場(chǎng)傳感器,其特征在于:其中DFB激光器通過(guò)光纖法蘭與光纖連接。
【文檔編號(hào)】G01R1/04GK104316780SQ201410521936
【公開(kāi)日】2015年1月28日 申請(qǐng)日期:2014年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月30日
【發(fā)明者】郭飛, 車(chē)俊祿, 吳旭濤, 謝彥召, 孔旭, 李秀廣, 劉世濤 申請(qǐng)人:國(guó)家電網(wǎng)公司, 國(guó)網(wǎng)寧夏電力公司電力科學(xué)研究院, 西安交通大學(xué)