宽带集成光波导射频全向电场传感器的研究

摘要

随着电子技术的不断进步，估计设备的电磁兼容性变得越来越重要。为了估计电磁兼容性，精确了解设备周围的电磁场分布是很有必要的。因此，各种各样的电场传感器被开发出来。其中，使用Mach-Zehnder干涉仪的光波导电场传感器，因为有着带宽大，灵敏度高，分辨率高等特点，其应用在电磁兼容测试方面更为合适。 本文首先介绍了光波导电场传感器的工作原理，并建立了光波导电场传感器的等效电路模型和传感系统模型。以此为基础，分析了传感系统的灵敏度，频率响应，线性动态范围。 通过计算得知，使传感器相位偏置为π/2，减小电极间距，提高电光重叠因子，减小器件插入损耗，采用合适的分段数，增加电极长度，增大光功率，降低激光的波长，减小相对强度噪声，减小接收带宽，对提高灵敏度的效果是非常明显的。而减小天线长度，降低调制器电容，电极分段，都可以获取较大的带宽。降低系统噪声；增加到达探测器的光功率，采用较低的光学偏置，都可以增大线性动态范围。 根据对器件参数分析优化的结果，设计并制作了3只分段电极电场传感器，并进行了封装。把3只电场传感器组装成一个全向电场传感探头，并进行了全面测试，包括静电场测试，频率响应测试，灵敏度测试，动态范围测试。得到器件的±3dB频率响应为1M～1GHz，而±5dB频率响应的高端可以达到2.5GHz；器件的灵敏度在带宽为3Hz时达到10～20mV/m，；器件在250MHz的动态范围为80dB，在2GHz的动态范围为64dB。在200MHz的频率下的全向性达到±3dB，2GHz频率下全向性为±1.5dB。试验证明这种新型光波导电场传感器适用于EMC中的电场测试。

目录

文摘

英文文摘

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独创性说明及关于论文使用授权的说明

第一章绪论

1.1引言

1.2光波导电场传感系统的国内外发展动态

1.3本文的工作

第二章LiNbO3光波导电场传感器的研究

2.1集成光波导电场传感器工作原理

2.1.1集成光学M-Z干涉型强度调制器基本原理

2.1.2分段电极电场传感器的工作原理

2.2分段电极光波导电场传感系统模型.

2.2.1分段电极电压增益

2.2.2电场传感器理论模型

2.2.3光波导电场传感系统模型

2.3灵敏度分析

2.3.1光波导电场传感器的影响

2.3.2光源对灵敏度的影响

2.3.3探测器对灵敏度的影响

2.4频率响应分析

2.5线性动态范围分析

2.6反射式电场传感器

第三章全向电场传感系统的研究

3.1全向性传感头的设计

3.2全向传感系统研究

3.2.1全向系统设计

3.2.2各路之间差异的影响

第四章分段电极电场传感器的制作和测试

4.1分段电极光波导电场传感器的实验室制作

4.1.1掩膜板的设计

4.1.2光波导的制作

4.1.4缓冲层的制作

4.1.3电极的制作

4.1.5耦合工艺改进

4.1.6分段电极光波导电场传感器系统组装

4.2分段电极光波导电场传感器的性能测试

4.2.1静电场测试

4.2.2频率响应测试

4.2.3灵敏度测试

4.2.4动态范围测试

4.2.5全向性测试

第五章全文总结及展望

致谢

参考文献

个人简历及攻读硕士学位期间取得的成果