用於電磁脈衝測量的電場傳感器的製造方法
2023-09-18 19:48:40
用於電磁脈衝測量的電場傳感器的製造方法
【專利摘要】本發明涉及一種用於電磁脈衝測量的電場傳感器。其特點是：包括D-dot天線，該D-dot天線依次與有源積分電路、電光轉換電路連接，從而在接收空間中的電場信號後將天線輸出的微分信號轉換為原始電場信號，最後調製為光信號通過光纖傳輸出去。本發明提供了一種用於電磁脈衝測量的電場傳感器，採用了D-dot微分天線來接收電場信號，並研製了一種有源積分電路來處理天線的輸出信號，從而提高了傳感器的響應帶寬與靈敏度。天線與傳感器主體可通過螺紋孔安裝與拆卸，從而使得電場傳感器的靈敏度可以通過調節天線的長度來調節，且便於攜帶運輸。
【專利說明】用於電磁脈衝測量的電場傳感器
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用於電磁脈衝測量的電場傳感器。
【背景技術】
[0002]有許多學者與研究機構對用於電磁脈衝測量的電場傳感器進行了大量的研究工作。從前人的研究成果可以看出，目前用於電場測量的傳感器大多採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，實際阻抗匹配電路無法滿足棒狀電小天線的輸出阻抗要求從而進一步限制了傳感器的上限截止頻率。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是提供一種用於電磁脈衝測量的電場傳感器，能夠提高傳感器的響應帶寬與靈敏度。
[0004]一種用於電磁脈衝測量的電場傳感器，其特別之處在於:包括D-dot天線，該D-dot天線依次與有源積分電路、電光轉換電路連接，從而在接收空間中的電場信號後將天線輸出的微分信號轉換為原始電場信號，最後調製為光信號通過光纖傳輸出去。
[0005]其中還包括金屬屏蔽殼，所述有源積分電路和電光轉換電路均安裝在該金屬屏蔽殼內，在該金屬屏蔽殼的外壁上可拆卸安裝有D-dot天線，並且在該D-dot天線旁的金屬屏蔽殼上設有一個正方形的面，從而作為D-dot天線的鏡像地平面。
[0006]其中D-dot天線採用單極子的形式，並且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算放大器，該高頻運算放大器的反相輸入端接地而其同相輸入端接D-dot天線，並且在該反相輸入端和同相輸入端之間串聯有匹配電阻，另外在該高頻運算放大器的同相輸入端和輸出端之間分別並聯有積分電容和抑制漂移電阻，該高頻運算放大器的輸出端還通過耦合電容接DFB雷射器的正極輸入端。
[0008]其中電光轉換電路包括DFB雷射器，該DFB雷射器的正極輸入端通過隔交電感和偏置電阻與+5V直流電源相連，而其負極輸入端接地。
[0009]其中DFB雷射器通過光纖法蘭與光纖連接。
[0010]本發明提供了一種用於電磁脈衝測量的電場傳感器，採用了 D-dot微分天線來接收電場信號，並研製了一種有源積分電路來處理天線的輸出信號，從而提高了傳感器的響應帶寬與靈敏度。天線與傳感器主體可通過螺紋孔安裝與拆卸，從而使得電場傳感器的靈敏度可以通過調節天線的長度來調節，且便於攜帶運輸。本發明的優點和創新之處是採用了 D-dot天線和有源積分器，並可以通過採用不同長度的天線來調節傳感器的靈敏度。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]附圖1為本發明中D-dot天線輪廓圖；
[0012]附圖2為本發明中有源積分電路與電光轉換電路的原理圖；
[0013]附圖3為本發明中電場傳感器的測試波形圖。
【具體實施方式】
[0014]如圖1所示，本發明是一種用於電磁脈衝測量的電場傳感器，包括D-dot天線，該D-dot天線依次與有源積分電路、電光轉換電路連接，從而在接收空間中的電場信號後將天線輸出的微分信號轉換為原始電場信號，最後調製為光信號通過光纖傳輸出去。還包括金屬屏蔽殼，所述有源積分電路和電光轉換電路均安裝在該金屬屏蔽殼內，在該金屬屏蔽殼的外壁上可拆卸安裝有D-dot天線，並且在該D-dot天線旁的金屬屏蔽殼上設有一個正方形的面，從而作為D-dot天線的鏡像地平面。
[0015]其中D-dot天線採用單極子的形式，並且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算放大器，該高頻運算放大器的反相輸入端接地而其同相輸入端接D-dot天線，並且在該反相輸入端和同相輸入端之間串聯有匹配電阻，另外在該高頻運算放大器的同相輸入端和輸出端之間分別並聯有積分電容Cl和抑制漂移電阻R，該高頻運算放大器的輸出端還通過耦合電容C_ple接DFB雷射器的正極輸入端。DFB雷射器的正極輸入端通過隔交電感L和偏置電阻r與+5V直流電源相連，負極輸入端接地。雷射器需要通過光纖法蘭與光纖連接。
[0016]電磁脈衝信號一般具有納秒級的上升時間，且脈衝寬度可持續幾十納秒，本發明解決了電磁脈衝信號的測量，利用D-dot天線技術和有源積分器技術結合起來，研製了一種基於光纖傳輸的寬頻帶電場傳感器。
[0017]本發明的電場傳感器採用響應頻帶寬的D-dot天線接收空間中的電場信號，利用所設計的有源積分器將天線輸出的微分信號轉換為原始電場信號，並利用電光轉換電路將電信號調製為光信號通過光纖傳輸出去。將有源積分器和電光轉換電路安裝在一個招制的金屬屏蔽殼中，該金屬屏蔽殼具有一個正方形的面作為D-dot天線的鏡像地平面。
[0018]1、D-dot 天線分析:
[0019]D-dot天線是基於等效電荷法所設計的微分天線,天線的外形輪廓由特定的電荷分布的等位面來確定，而且天線的等效電容、等效面積等參數都可以精確計算。所設計的D-dot天線輪廓圖如圖1所示。可見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渡為一段M2的螺杆，以便能夠安裝在傳感器的屏蔽殼上預留的帶有M2螺孔的天線座上,天線座與屏蔽殼體絕緣。所設計的D-dot天線是單極子的形式，採用傳感器的屏蔽金屬外殼作為天線的鏡像地平面，因此天線的高度應小於屏蔽金屬外殼邊長的1/6。
[0020]2、有源積分與電光轉換電路:
[0021]有源積分與電光轉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，輸出的信號送入有源積分器，有源積分器由高頻運算放大器、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減小寄生電感對積分器的影響，抑制漂移電阻R選取的原則是時間常數τ =I^C1應該不小於被測信號脈寬的十倍。有源積分器輸出的信號通過耦合電容C_ple作用於DFB雷射器上。為使雷射器工作與線性區，需要給雷射器提供偏置電流，並通過隔交電感L隔離來自積分器的高頻信號。
[0022]3、【具體實施方式】:
[0023]將所研製的電場傳感器置於被測電磁脈衝輻射場的空間中，使天線的方向與想要測的電場極化方向重合，在遠端屏蔽室內通過光接收機接收傳感器輸出的光信號，並利用示波器將信號存儲下來。
[0024]4、標定結果:
[0025]在TEM小室中對電場傳感器進行了測試實驗。利用方波脈衝發生器產生快前沿的方波信號，該方波信號通過TEM小室就會在TEM小室中產生相應的平面電磁波。把電場傳感器放入--Μ小室中測量--Μ小室中的電場信號，並使天線的方向與電場的極化方向重合。將方波脈衝發生器輸出的電壓信號和主極化方向上的測量結果同時輸入示波器中，結果如圖3所示。
[0026]其中實線波形表示脈衝發生器輸出電壓的歸一化波形；虛線波形表示測量得到的歸一化波形，可見上升時間小於3ns，測量脈寬為50ns的方波信號無平頂下降現象。
【權利要求】
1.一種用於電磁脈衝測量的電場傳感器，其特徵在於:包括D-dot天線，該D-dot天線依次與有源積分電路、電光轉換電路連接，從而在接收空間中的電場信號後將天線輸出的微分信號轉換為原始電場信號，最後調製為光信號通過光纖傳輸出去。
2.如權利要求1所述的用於電磁脈衝測量的電場傳感器，其特徵在於:還包括金屬屏蔽殼，所述有源積分電路和電光轉換電路均安裝在該金屬屏蔽殼內，在該金屬屏蔽殼的外壁上可拆卸安裝有D-dot天線，並且在該D-dot天線旁的金屬屏蔽殼上設有一個正方形的面，從而作為D-dot天線的鏡像地平面。
3.如權利要求1所述的用於電磁脈衝測量的電場傳感器，其特徵在於:其中D-dot天線採用單極子的形式，並且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.如權利要求1至3中任意一項所述的用於電磁脈衝測量的電場傳感器，其特徵在於:其中有源積分電路包括高頻運算放大器，該高頻運算放大器的反相輸入端接地而其同相輸入端接D-dot天線，並且在該反相輸入端和同相輸入端之間串聯有匹配電阻，另外在該高頻運算放大器的同相輸入端和輸出端之間分別並聯有積分電容和抑制漂移電阻，該高頻運算放大器的輸出端還通過耦合電容接DFB雷射器的正極輸入端。
5.如權利要求1至3中任意一項所述的用於電磁脈衝測量的電場傳感器，其特徵在於:其中電光轉換電路包括DFB雷射器，該DFB雷射器的正極輸入端通過隔交電感和偏置電阻與+5V直流電源相連，而其負極輸入端接地。
6.如權利要求5所述的用於電磁脈衝測量的電場傳感器,其特徵在於:其中DFB雷射器通過光纖法蘭與光纖連接。
【文檔編號】G01R1/04GK104316780SQ201410521936
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年9月30日 優先權日:2014年9月30日
【發明者】郭飛, 車俊祿, 吳旭濤, 謝彥召, 孔旭, 李秀廣, 劉世濤 申請人:國家電網公司, 國網寧夏電力公司電力科學研究院, 西安交通大學