[发明专利]一种电场传感器的天线的设计方法和电场传感器

说明书

本发明公开了一种电场传感器的天线的设计方法和电场传感器，所述方法为：在所述电场传感器的铌酸锂晶片通过钛扩散后形成的直波导两侧设置电极和天线，然后计算确定电极和天线的尺寸参数。本发明的设计方法既考虑电场传感器的测量需求，同时兼顾了工艺的可实现性，通过本发明的方法实现了设计一种集成光学电场传感器，在提高电场传感器温度稳定性的同时，能够保证电场传感器测量的灵敏度、可靠度以及可测范围满足实际测量需求。

技术领域

本发明属于集成光学电场传感器领域，特别涉及一种集成光学电场传感器天线的设计方法和电场传感器。

背景技术

随着集成光学加工工艺的不断成熟，凭借体积小、频带宽、抗电磁干扰能力强的特点，集成光学电场传感器在长空气间隙放电、变电站暂态电压监测、气体绝缘开关(GIS)的特快速暂态电压测量等领域发挥重要作用。

这些应用场景有的是在实验室条件下，温度相对稳定；而有的应用场景则是在户外，如变电站暂态电压监测，环境温度变化大，为此需要集成光学电场传感器具有温度稳定性。

对于集成光学加工工艺最成熟的铌酸锂(LiNbO3)，可采用X切Z传方式的设计、制作电场传感器，这种方式相对于X切Y传方式在温度稳定性方面理论上可提高4个数量级，但是此时利用的是LiNbO3晶体若干电光系数中较小的，电场传感器的灵敏度受到很大限制。

此外，在上述举例中，在长空气间隙放电中，需要测量的电场幅值往往达到kV/cm量级，在变电站暂态电压监测中，待监测的电场幅值为kV/m，在GIS特快速暂态电压测量中，往往需要测量V/m的电场。

因此，考虑到不同测量场景的需求，需要对集成光学电场传感器进行设计，在提高电场传感器温度稳定性的同时，能够保证电场传感器测量的灵敏度与可测范围满足实际测量需求。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种集成光学电场传感器的天线的设计方法和电场传感器。

根据本发明的一种电场传感器的天线的设计方法，所述电场传感器为采用共路干涉技术路线的X切Z传集成光学电场传感器，包括下面步骤：

在所述电场传感器的铌酸锂晶片通过钛扩散后形成的直波导两侧设置电极和天线；预设所述电极和所述天线的尺寸参数；

当所述电极上的电压为半波电压V_π时，计算所述天线上的电场E_π；

根据E_π与待测电场的最大值E_0max判断所述电极和所述天线预设的尺寸参数是否满足电场测量精度要求。

进一步地，所述的根据E_π与待测电场的最大值E_0max判断所述电极和所述天线的设计是否满足精度要求的步骤包括：

当E_0max＞0.1E_π时，判断所述电极和所述天线预设的尺寸参数不满足电场测量精度要求，并重新设计所述电极和所述天线的尺寸参数；

当E_0max≤0.1E_π时，判断所述电极和所述天线预设的尺寸参数满足电场测量精度要求，并校核所述电场传感器的频率响应特性是否满足预设要求。

进一步地，所述的校核所述电场传感器的频率响应特性是否满足预设要求的步骤包括：

获取所述电场传感器的3dB上限截止频率f_c，比较f_c与所述待测电场的最高频率分量f的大小：

当f_c＞5f时，判断所述电极和所述天线预设的尺寸参数满足所述电场传感器的频率响应特性，确定所述电极和所述天线的尺寸参数；