[發明專利]一種平行板型天線集成光波導全向電場傳感器

有效

• 申請號: 201810706378.1
• 申請日: 2018-07-02
• 公開（公告）號: CN108957153B
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發明（設計）人: 張家洪;李佳文;李川;李英娜;趙振剛
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: G01R29/14
• 分類號: G01R29/14;G01R15/24
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種平行板型天線集成光波導全向電場傳感器，屬于電場測量技術領域。本發明提供的集成光波導全向MZI型全向電場傳感器由六片LiNbO₃晶片粘固成一個方形體。其中，分別在前、后、下三片LiNbO₃晶片內表面上制作反射式集成光波導MZI和調制電極，并在三片晶片末端端面制作反射膜；在上、下、前、后、左、右六片LiNbO₃晶片外表面上制作金屬薄膜，構成兩兩互相垂直的三對平行板型天線，平行板型天線和調制電極之間使用連接導線連接在一起。本發明提供的平行板型天線集成光波導全向電場傳感器具有體積小、靈敏度高、低頻特性好的優點，并且接收天線具有全向性，能對任意方向的電場進行探測。

技術領域

本發明涉及一種平行板型天線集成光波導全向電場傳感器，屬于電場測量技術領域。

背景技術

雷電脈沖場、間隙放電電場、電暈放電電場、快速暫態過電壓等都會直接或間接影響電力電子系統的穩定運行，尤其近年來隨著我國超高壓、特高壓輸變電技術的推廣應用，暫態電場對輸變電系統的影響越來越顯著。電場的測量理論與技術是研究這類暫態電場產生機理、獲取電場特性參數，研究系統電磁防護措施、設計電氣設備絕緣參數的重要基礎。

傳統的電場測量多采用電磁感應式全向電場傳感器，這種電場傳感器具有靈敏度高、成本低的優點，但是也存在體積大、對被測電場干擾大、全金屬結構易受電磁干擾、需要外部供電等問題。以集成光學技術為基礎的光波導全向電場傳感器，利用晶體的電光效應，通過晶體基片中的光波導來檢測空間電場信號，將電場信號調制到光載波上，使光強度隨著被測電場相應地變化，再經過光電探測器轉換后輸出的電流信號即反映被檢測的電場信號。采用先進的微光學加工工藝技術，使整個集成光波導電場測量系統變得小型化，并具有穩定、可靠、抗電磁干擾及微擾小等特點，從而實現測量系統的高性能。

但是，現有對集成光波導全向電場傳感器的研究大多集中在如何提高傳感器的帶寬和靈敏度，以便適用于電磁兼容領域頻率更高的射頻電場測量。實際應用中，接收電磁波的天線往往要求高增益、方向性好，而在電磁兼容測試中，又要求接收天線具有全向性，對來自任何方向的電磁信號都能夠探測。注意到上述高壓工程領域中的暫態電場帶寬寬（頻譜分量主要分布在幾十Hz到幾百MHz），而現有的集成光波導全向電場傳感器頻率響應一般從幾十kHz開始，低頻響應較差。

因此，在高電壓工程研究領域非常迫切需要研究一種集成光波導低頻全向電場傳感器，實現對頻率在kHz以下的低頻電場進行測量。

發明內容

本發明克服現有技術的不足，提供了一種平行板型天線集成光波導全向電場傳感器，能夠探測空間方向任意的電場，同時通過采用一種平行板型偶極子天線，增大了天線的時間常數，可實現對頻率在kHz以下的低頻電場進行測量。

本發明提供的一種平行板型天線集成光波導全向電場傳感器，由上、下、前、后、左、右六片LiNbO₃晶片粘固成一個方形體；分別在所述前、后、下三片LiNbO₃晶片末端端面制作反射膜，并在它們的內表面上制作輸入Y分支波導和直波導，以構成反射式集成光波導MZI（Mach Zehnder Interferometer, 馬赫增德爾干涉儀，MZI），然后在反射式集成光波導MZI直波導臂兩側制作金屬調制電極；分別在所述上、下、前、后、左、右六片LiNbO₃晶片外表面上制作金屬薄膜，形成由上和下，前和后，左和右的金屬薄膜構成的三對兩兩互相垂直的平行板型偶極子天線，分別用于測量空間方向任意的電場的三個垂直分量。

六片LiNbO₃晶片的表面上開孔，并通過導線將所述制作在六片LiNbO₃晶片外表面上的三對兩兩互相垂直的平行板型偶極子天線，與所述制作在三片LiNbO₃晶片內表面上的調制電極連接在一起。