测量瞬态电场的三维宽带天线设计
为了使数值模拟的结果对传感器的实物设计提供依据，本文设计了5种模型，见表1，分两种情 况：第一组，保持正方形平板的尺寸不变，改变平板距离内部立方体的长度（No.1、2、3）；第二组，保持平板距离内部立方体的长度不变，改变正方形平板 的尺寸大小（No.1、4、5）。
表1计算模型的机构
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模型编号
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天线极板边(cm)
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天线极板到接地极的距离(nS)
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1
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8
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1
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2
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8
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0.5
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3
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8
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1.5
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4
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6
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1
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5
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4
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1
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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。
图3入射平面波电压波形
2.3 计算结果分析
FDTD计算中，空间步长取0. 5cm，时间步长取5×10-3/2c，c为自由空间的波速。计算区域60×60×60个空间步长，被10层的MPML包围。
（1）保持平板距离内部立方体的距离不变，改变正方形平板的边长。三个极化方向上天线的结 构对称，因此现只以Z方向上进行说明。Uz是Z方向上内部立方体与左右两边的正方形平行板之间的感应电压。当天线极板到接地极的距离均为1cm，改变天线 极板边长。当三维天线的z极化方向与入射波电场极化方向一致时计算结果见表2。图4是 Uz的典型波形，图5是HEMP与Uz的归一化波形对比，从图中可以看出，低频有失真。
表2第一组模型感应电压Uz的波形参数
模型号 |
天线极板边(cm) |
峰值(V) |
上升时间(nS) |
脉宽(nS) |
1 |
8 |
783 |
2.4 |
24 |
4 |
6 |
750 |
2.4 |
24 |
5 |
4 |
728 |
2.4 |
24 |
(2)保持正方形天线极板的边长不边，均为8cm，改变天线极板到内部接地体的距离，当三维天线的z极化方向与入射波电场极化方向一致时，Uz的计算结果见表3。
图4三维天线z方向感应电压z时的域波形
图5入射场波形与Uz归一化波形比较
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