[发明专利]一种平行板型天线集成光波导全向电场传感器

说明书

本发明涉及一种平行板型天线集成光波导全向电场传感器，属于电场测量技术领域。本发明提供的集成光波导全向MZI型全向电场传感器由六片LiNbO₃晶片粘固成一个方形体。其中，分别在前、后、下三片LiNbO₃晶片内表面上制作反射式集成光波导MZI和调制电极，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属薄膜，构成两两互相垂直的三对平行板型天线，平行板型天线和调制电极之间使用连接导线连接在一起。本发明提供的平行板型天线集成光波导全向电场传感器具有体积小、灵敏度高、低频特性好的优点，并且接收天线具有全向性，能对任意方向的电场进行探测。

技术领域

本发明涉及一种平行板型天线集成光波导全向电场传感器，属于电场测量技术领域。

背景技术

雷电脉冲场、间隙放电电场、电晕放电电场、快速暂态过电压等都会直接或间接影响电力电子系统的稳定运行，尤其近年来随着我国超高压、特高压输变电技术的推广应用，暂态电场对输变电系统的影响越来越显著。电场的测量理论与技术是研究这类暂态电场产生机理、获取电场特性参数，研究系统电磁防护措施、设计电气设备绝缘参数的重要基础。

传统的电场测量多采用电磁感应式全向电场传感器，这种电场传感器具有灵敏度高、成本低的优点，但是也存在体积大、对被测电场干扰大、全金属结构易受电磁干扰、需要外部供电等问题。以集成光学技术为基础的光波导全向电场传感器，利用晶体的电光效应，通过晶体基片中的光波导来检测空间电场信号，将电场信号调制到光载波上，使光强度随着被测电场相应地变化，再经过光电探测器转换后输出的电流信号即反映被检测的电场信号。采用先进的微光学加工工艺技术，使整个集成光波导电场测量系统变得小型化，并具有稳定、可靠、抗电磁干扰及微扰小等特点，从而实现测量系统的高性能。

但是，现有对集成光波导全向电场传感器的研究大多集中在如何提高传感器的带宽和灵敏度，以便适用于电磁兼容领域频率更高的射频电场测量。实际应用中，接收电磁波的天线往往要求高增益、方向性好，而在电磁兼容测试中，又要求接收天线具有全向性，对来自任何方向的电磁信号都能够探测。注意到上述高压工程领域中的暂态电场带宽宽（频谱分量主要分布在几十Hz到几百MHz），而现有的集成光波导全向电场传感器频率响应一般从几十kHz开始，低频响应较差。

因此，在高电压工程研究领域非常迫切需要研究一种集成光波导低频全向电场传感器，实现对频率在kHz以下的低频电场进行测量。

发明内容

本发明克服现有技术的不足，提供了一种平行板型天线集成光波导全向电场传感器，能够探测空间方向任意的电场，同时通过采用一种平行板型偶极子天线，增大了天线的时间常数，可实现对频率在kHz以下的低频电场进行测量。

本发明提供的一种平行板型天线集成光波导全向电场传感器，由上、下、前、后、左、右六片LiNbO₃晶片粘固成一个方形体；分别在所述前、后、下三片LiNbO₃晶片末端端面制作反射膜，并在它们的内表面上制作输入Y分支波导和直波导，以构成反射式集成光波导MZI（Mach Zehnder Interferometer, 马赫增德尔干涉仪，MZI），然后在反射式集成光波导MZI直波导臂两侧制作金属调制电极；分别在所述上、下、前、后、左、右六片LiNbO₃晶片外表面上制作金属薄膜，形成由上和下，前和后，左和右的金属薄膜构成的三对两两互相垂直的平行板型偶极子天线，分别用于测量空间方向任意的电场的三个垂直分量。

六片LiNbO₃晶片的表面上开孔，并通过导线将所述制作在六片LiNbO₃晶片外表面上的三对两两互相垂直的平行板型偶极子天线，与所述制作在三片LiNbO₃晶片内表面上的调制电极连接在一起。