測量瞬態電場的三維寬帶天線設計
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為了使數值模擬的結果對傳感器的實物設計提供依據，本文設計了5種模型，見表1，分兩種情 況：第一組，保持正方形平板的尺寸不變，改變平板距離內部立方體的長度（No.1、2、3）；第二組，保持平板距離內部立方體的長度不變，改變正方形平板 的尺寸大小（No.1、4、5）。
表1計算模型的機構
模型編號 | 天線極板邊(cm) | 天線極板到接地極的距離(nS) |
1 | 8 | 1 |
2 | 8 | 0.5 |
3 | 8 | 1.5 |
4 | 6 | 1 |
5 | 4 | 1 |
HEMP的時域波形入圖3所示。其副值為5x100000V/m；上升前沿時間為2.47ns，脈沖寬度均為22ns。
圖3入射平面波電壓波形
2.3 計算結果分析
FDTD計算中，空間步長取0. 5cm，時間步長取5×10-3/2c，c為自由空間的波速。計算區域60×60×60個空間步長，被10層的MPML包圍。
（1）保持平板距離內部立方體的距離不變，改變正方形平板的邊長。三個極化方向上天線的結 構對稱，因此現只以Z方向上進行說明。Uz是Z方向上內部立方體與左右兩邊的正方形平行板之間的感應電壓。當天線極板到接地極的距離均為1cm，改變天線 極板邊長。當三維天線的z極化方向與入射波電場極化方向一致時計算結果見表2。圖4是 Uz的典型波形，圖5是HEMP與Uz的歸一化波形對比，從圖中可以看出，低頻有失真。
表2第一組模型感應電壓Uz的波形參數
模型號 | 天線極板邊(cm) | 峰值(V) | 上升時間(nS) | 脈寬(nS) |
1 | 8 | 783 | 2.4 | 24 |
4 | 6 | 750 | 2.4 | 24 |
5 | 4 | 728 | 2.4 | 24 |
(2)保持正方形天線極板的邊長不邊，均為8cm，改變天線極板到內部接地體的距離，當三維天線的z極化方向與入射波電場極化方向一致時，Uz的計算結果見表3。
圖4三維天線z方向感應電壓z時的域波形
圖5入射場波形與Uz歸一化波形比較
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