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1、第28卷第4期增刊仪器仪表学报Vol.28No.42007年4月ChineseJournalofScientificInstrumentApr.2007超宽带脉冲传感器测量特性分析田波,王春阳,张永顺(空军工程大学导弹学院三原713800)摘要:高功率超宽带系统实验中常常需要能够测量电磁脉冲的传感器,用于迅速且不失真地测量出超短脉冲波形。本文简单分析了测量系统中超宽带接收天线引起脉冲失真的原因,指出了克服失真的几种方法。利用FDTD数值分析方法,对几种超宽带脉冲天线的接收特性进行了仿真,并根据数值仿真结果,进行了简单的分析。关
2、键词:脉冲传感器;超宽带天线;FDTD;测量AnalysisofUWBimpulsesensorformeasurementTianBo,WangChunyang,ZhangYongshun(TheMissileInstitute.AirForceEngineeringUniversity,Sanyuan713800,China)Abstract:Theimpulsesensorisneededinexperimentationofthehighpowerultra2widebandsystemwhichcanquicklym
3、easurethewaveformwithoutdistortion.Inthispaper,thereasonofpulsedistortionintheUWBmeasurementsys2temisanalyzedbrieflyandseveralmethodsaregivenforreceptionwithlessdistortion.BasedonFDTDmethod,there2ceivingwaveformofseveralimpulsesensorsaresimulatedandtheperformancesar
4、ecompared.Keywords:impulsesensor;UWBantenna;FDTD;measurement拖尾。因为接收天线上的电流将在天线两端点间来回1引言反射,所以一般的线天线不能不失真地测得入射场波形。目前相对较好的能完成检测任务的天线主要有用在超宽带(ultra2wideband:UWB)系统试验中,金属板构成的TEM喇叭、锥形单极子天线以及无反射通常需要测量场强很弱而且持续时间又非常短的电连续电阻加载天线,但它们几何形状复杂、加工困难。磁脉冲,脉冲上升时间和脉冲宽度可能只有几十个皮利用与频率基本无关的短
5、探针或尺寸很小的环天线作秒,甚至更短。对于在这种短脉冲状态下工作的天为检测器件,可以基本不失真地测出入射时域波形,但线,我们希望接收波形与辐射场波形相比不产生大的检测灵敏度很低,提高它们的检测灵敏度非常关键。[1,3,5]失真,特别是不应有长的拖尾。要精确地测量这克服失真的方法主要有2个:一个是采用电小天线,如样的脉冲,要求接收天线有足够的带宽以覆盖接收信电压探针和小电流环天线,但这会降低天线的灵敏度;号的频谱,另外,还要有足够的灵敏度,以便记录微弱另一个方法是采用加长天线,使它的末端反射脉冲在[2]的信号,同时满足这2点是很
6、困难的。因此如何设测量窗口之外,即用数据处理的方法去掉后续脉冲,因计满足要求的超宽带脉冲测量天线,对超宽带系统的为天线尺寸较大,天线各段由入射场感应的电荷在不设计和研究具有重要意义。同时刻到达输出端,这样做往往会使测得的脉冲明显变宽。2测试脉冲失真3电小极子及其变形天线接收特性分析对超宽带信号而言,通常天线很难满足不失真传单极子天线(图1(a))常见的变形为L天线、V[2][3]递的条件,接收端电流或电压波形存在有很长的振荡天线和半环天线,如图1(b)、(c)、(d)所示,EMP第4期增刊田波等:超宽带脉冲传感器测量特性分析1
7、29所示方向为入射场方向。文献[2]对L天线、V天线进行了简单的理论分析,文献[3]采用半环天线作为脉冲辐射器,本文分析中将其作为传感器,主要考虑其既具有L形天线的优点,又因其末端接地而减小脉冲拖尾,后面的数值分析将充分证明这一点。图1单极子天线及其变形为了比较4种天线特性,利用时域有限差分(FDTD)方法进行了仿真。仿真的天线结构如图2所示。辐射天线采用单极子天线,放置在图示天线1处;接收天线分别采用单极子天线、L天线、V天线和半环天线,放置在在图示天线2处。天线1(单极子天线)处加入相同的微分高斯脉冲,在天线2处放置4种不
8、同接收天线以观测输出波形,可以比较不同脉冲传感器的接收特性。辐射单极子天线高度取h=15mm;接收单极子天线取h=15mm;L天线垂直段取h=15mm,水平段l=25mm;V天线长度取lV=30mm,倾角为30°;半环天线垂直段取hL=5mm,水平段lL=10mm。图2仿真天
