超宽带脉冲传感器测量特性分析

第28卷第4期增刊　2007年4月

仪　器　仪　表　学　报

Chinese Jour nal of Scientif ic Instrument二维液相谱>智能新风

Vol.28No.4stkx

Apr.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)

电容式料位计摘　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FD TD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。

关键词：脉冲传感器；超宽带天线;FDTD；测量

内外网数据交换Analysis of UWB impulse sensor f or measur ement

Tian Bo,Wang Chunyang,Zha ng Y ongshun

(The Missile I nstitute.Ai r Force Engineering U nive rsity,Sa nyuan713800,Chi na)

Abstract:T he i mp ul se senso r is needed i n experiment ation of t he high power ul tra2wideband system which can quickly measure the waveform wi thout di st ortio n.In t his pap er,t he rea son of p ulse distortion in t he U WB measurement sys2 tem is anal yzed briefly and several met hod s are given for recept io n wit h less disto rtio n.Based o n FD TD method,t he re2 ceivin g wavefo rm of several i mpulse senso rs are simulated and t he perfo rmances are comp ared.

Key words:imp ulse sen sor;U WB ant enna;FD TD;measurement

1　引言

在超宽带(ult ra2wideba nd:U WB)系统试验中，通常需要测量场强很弱而且持续时间又非常短的电磁脉冲，脉冲上升时间和脉冲宽度可能只有几十个皮秒，甚至更短。对于在这种短脉冲状态下工作的天线，我们希望接收波形与辐射场波形相比不产生大的失真，特别是不应有长的拖尾[1,3,5]。要精确地测量这样的脉冲，要求接收天线有足够的带宽以覆盖接收信号的频谱，另外，还要有足够的灵敏度，

以便记录微弱的信号，同时满足这2点是很困难的[2]。因此如何设计满足要求的超宽带脉冲测量天线，对超宽带系统的设计和研究具有重要意义。

2　测试脉冲失真

对超宽带信号而言，通常天线很难满足不失真传递的条件，接收端电流或电压波形存在有很长的振荡拖尾。因为接收天线上的电流将在天线两端点间来回反射，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金属板构成的TEM喇叭、锥形单极子天线以及无反射连续电阻加载天线，但它们几何形状复杂、加工困难。利用与频率基本无关的短探针或尺寸很小的环天线作为检测器件，可以基本不失真地测出入射时域波形，但检测灵敏度很低，提高它们的检测灵敏度非常关键。克服失真的方法主要有2个：一个是采用电小天线，如电压探针和小电流环天线，但这会降低天线的灵敏度；另一个方法是采用加长天线，使它的末端反射脉冲在测量窗口之外，即用数据处理的方法去掉后续脉冲，因为天线尺寸较大，天线各段由入射场感应的电荷在不同时刻到达输出端，这样做往往会使测得的脉冲明显变宽。

3　电小极子及其变形天线接收特性分析单极子天线(图())常见的变形为L天线、V 天线[]和半环天线[3]，如图()、()、()所示,M

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