[发明专利]一种电介质加载D-dot电场测量传感器

说明书

本发明公开了一种电介质加载D‑dot电场测量传感器，其由一个棒状偶极子(1)与电介质加载层(2)组成。本发明的传感器可等效具有相同外轮廓面的磁介质加载D‑dot传感器，其由偶极子(3)和磁介质加载层(4)组成，偶极子(3)的轮廓面与电介质加载层(2)的外轮廓面相似，进而可以直接等效为偶极子(3)完成电场测量。所述的电介质加载D‑dot电场测量传感器的电介质加载层(2)可拆卸，可通过在棒状偶极子(1)上更换不同轮廓面、不同电介质的具有旋转对称结构的电介质加载层(2)，等效与之具有相似轮廓面的具有不同测量特点的金属D‑dot电场测量传感器(3)。

技术领域

本发明属于电磁场测量技术领域，具体涉及一种电场测量传感器。

背景技术

电磁场测量始于二十世纪六十年代。常用的电场测量天线有TEM喇叭天线、圆锥天线及D-dot传感器等。其中，D-dot传感器具有结构简单体积较小，灵活轻便对待测电场的扰动非常小且波形保真性好等诸多优点，受到了国内外学者们的青睐。

实质上D-dot传感器是一种电小天线，传感单元可等效为一个集总电容，等效电容与电阻性传输电缆相连接输出电压信号。其工作原理为：D-dot传感器传感单元的金属表面通过静电感应原理产生感应电荷，感应电荷随时间变化可等效为与传感单元之间等效电容相并联的等效电流源，其电流大小与待测电场的微分成正比，比例系数为传感单元的等效电容与传感器有效高度的乘积。电流流经等效电容与匹配负载组成的并联回路，在匹配负载上产生感应电压信号并输出。当满足一定条件时，感应电压的大小与待测电场的微分成正比，比例系数为传感单元的等效电容与传感器等效高度以及匹配负载电阻值的乘积。

根据不同的测量需求，在普通棒状短偶极子天线的基础上演变出来多种不同结构形式的D-dot传感器，例如空心球偶极子、渐进圆锥偶极子、以及双锥偶极子等多种类型。不同结构的D-dot传感器具有不同的测量优点，例如空心球偶极子结构简单，便于制作；渐进圆锥偶极子传感器上限工作频率大、等效电容与有效面积可精确计算，可作为短电磁脉冲标准传感器等。

在实际电场测量中，不同场合不同电平的电场测量需求需采用不同形式不同测量优点的D-dot电场测量传感器。加工多种不同结构形式的D-dot传感器一方面成本较高，有些类型的传感器可能只使用一次，另一方面馈电结构加工会带来很大的测量不确定性。此外，在一些特殊场合，例如狭小空间的低电平电场测量，需要体积更小灵敏度更高的D-dot传感器，即在体积不变的情况下增大等效电容。

相较而言，电介质加载短偶极子是一种优选的传感器。电介质加载技术在天线领域广泛应用，电介质加载不仅可以防止天线受到腐蚀，也是天线小型化的重要手段，同时电介质加载还可以在不增大短偶极子天线长度的同时提高其等效电容，从而改善天线的测量灵敏度。

综上所述，有必要研究设计一种可等效大多数D-dot电场测量传感器的短偶极子天线，来尽可能的降低生产加工成本，又能兼顾不同结构形式D-dot传感器的测量优点，并能减小由于馈电结构加工带来的测量误差，还能根据测量场合与待测电场水平高低调节测量灵敏度，以此来满足不同电场水平、不同场合的电场测量需求。

发明内容

本发明的目的就是解决加工多种不同结构形式的D-dot传感器成本高，馈电结构加工影响测量结果的技术问题。为此本发明提供一种电介质加载D-dot 电场测量传感器，通过在棒状偶极子上更换不同介质材料、不同轮廓面的电介质加载层来等效目前大部分具有旋转对称结构的D-dot传感器，以此来满足不同电平、不同场合的电场测量需求。

为解决上述技术问题达到上述技术效果，本发明的技术方案如下：

一种电介质加载D-dot电场测量传感器，包括棒状偶极子(1)、电介质加载层(2)；

所述棒状偶极子(1)的各极子由金属材料制成的圆柱形构成；