集成光學(xué)電磁場傳感器研究.pdf

1、隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，對環(huán)境電磁場的測量變得越來越重要。實際上，電磁場測量在很多科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域都占有重要地位。過程控制、醫(yī)學(xué)設(shè)備的電場監(jiān)測、彈道控制、電磁兼容測量、微波集成電路測試、天線近場測量、雷電瞬態(tài)電場的測量、核爆脈沖電場的得測量等，都是電磁場測量的應(yīng)用領(lǐng)域。采用集成光學(xué)技術(shù)的電磁場傳感器，具有小型化、大帶寬、高靈敏度、抗電磁干擾等優(yōu)勢，正成為研究熱點。本文以LiNbO3材料的光波導(dǎo)電磁場傳感器及其系統(tǒng)作為研究對象，展開相關(guān)研究。

2、主要工作如下：
　　 ⑴給出了集成光學(xué)電磁場傳感器的理論基礎(chǔ)，討論了信號和噪聲的構(gòu)成情況。從系統(tǒng)角度對組成集成光學(xué)電磁場傳感系統(tǒng)的各個部分進(jìn)行了分析研究，分析了可用于集成光學(xué)電磁場傳感器的天線結(jié)構(gòu)和調(diào)制器結(jié)構(gòu)。并結(jié)合多年的實驗經(jīng)驗給出了集成光學(xué)電磁場傳感器的性能測試方法。指出了影響電場傳感器的最小可測量電場以及動態(tài)范圍的各種因素。
　　 ⑵研究了一種基于分段電極結(jié)構(gòu)的拉桿天線電場傳感器，運用等效電路的方法建立了這種電場傳

3、感器的物理模型，結(jié)果表明在分段數(shù)為七段時，分段電極之間有最大的電極電壓增益。對拉桿天線電場傳感器的電場傳感系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的測試，結(jié)果表明系統(tǒng)的頻率響應(yīng)范圍為10 MHz到6 GHz；可測量最小電場為30mV/m；頻率為200 MHz時動態(tài)范圍可以達(dá)到90 dB。
　　 ⑶提出了一種陣列錐形天線結(jié)構(gòu)的電場傳感器，錐形天線的阻抗從錐狀的底部到尖端逐漸增大，這樣就形成了行波天線。使用這種結(jié)構(gòu)，天線尖端的反射電流可以大大減小甚至消除，可

4、以避免駐波的形成，從而提高響應(yīng)帶寬。對器件進(jìn)行的性能測試顯示其最小可測量電場為20 mV/m，響應(yīng)頻率為10 kHz到10 GHz，頻率為1 GHz時動態(tài)范圍為100 dB。
　　 ⑷提出了一種雙負(fù)載結(jié)構(gòu)的集成光學(xué)磁場傳感器，從理論上證明了這種磁場傳感器在工作時不會引入電場的干擾。建立了磁場傳感器的等效電路模型，分析了其靈敏度、頻率響應(yīng)受傳感器環(huán)形天線參數(shù)的影響，結(jié)果表明：環(huán)帶寬度增加時，頻率響應(yīng)增加。通過更大孔徑的環(huán)可以得到更

5、高的頻率響應(yīng)。另一方面，靈敏度也隨著環(huán)的尺寸增大而增大。電極長度減小將會提高頻率響應(yīng)，然而電極長度減小又會降低靈敏度。對制作好的磁場傳感器進(jìn)行了性能測試，結(jié)果表明器件最小可測量磁場為51.8μA/m，±5 dB的響應(yīng)頻率為2 GHz～6 GHz，在測試頻率為1GHz時動態(tài)范圍為98 dB。
　　 ⑸研究了一種以分段電極電場傳感器為基礎(chǔ)的集成光學(xué)強電場傳感器，并對制作好的電場傳感器進(jìn)行了大量的實驗測量，包括工頻電場測量，平板電極脈