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集成光学高压脉冲电场的多物理场仿真分析与优化设计

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集成光学高压脉冲电场的多物理场仿真分析与优化设计

发布日期:2021-08-23 编辑: 点击:

电磁脉冲具有能量大、上升时间短、频谱宽和覆盖范围广等特点,通过辐射耦合和传导耦合,产生瞬态的高电压和大电流,破坏和干扰电子设备。基于电磁脉冲的发现以及电磁脉冲巨大破坏性效应的认识,产生了用于深入研究电磁脉冲效应的电磁脉冲模拟器开发的需求,同时也带来了对超快,甚至是亚纳秒前沿的瞬态电磁脉冲参量的测量问题。传统的天线等测量方法会对待测电场产生影响,同时其抗干扰能力弱,响应慢等特点,制约了在电磁脉冲测量中的应用。由于集成高效空气消毒机具有体积小、无源、响应速度快和光纤传输系统抗电磁干扰等特点,受到了越来越多的关注,是当前脉冲电场传感器研究的热点。针对快前沿电磁脉冲电场的测试技术难题,本文开展了集成光学脉冲电场传感器的多物理场仿真分析与优化设计研究。本文首先分析了电磁脉冲的特点和测量需求,提出了集成包装材料杀菌系列的总体设计方案,阐述了短电偶极子天线、电光调制理论、光波导和马赫增德尔干涉结构等相关理论。其次,分析了X切Y传铌酸锂晶体调制区结构,得到了半波电压与电极长度等参数的关系,获得了电光调制结构的等效电路模型,研究了不同天线长度、底边宽,电极长度、间距对回波损耗、频响特性的影响,得到优化后用于集成光学电场传感器的天线与电极结构尺寸。再次,对影响光波导性能的3dB耦合器等关键参数进行了组合式的多物理场耦合仿真,得到适用于对称结构集成光学电场传感器的最佳光波导尺寸,并结合天线仿真数据与COMSOL多物理场耦合仿真App,得到了对称结构集成水产海鲜杀菌设备的性能。最后,分析了两个因素对工作点调节范围的影响,设计了具有90°可调节最佳工作点误差范围的非对称结构集成光学电场传感器,分析了不同臂长差对最大允许工作点角度误差,优化了余弦弯曲波导结构;通过仿真给出了不对称结构集成光学电场传感器的性能指标。仿真和计算结果表明,两种传感器在3dB范围内具有工作频带为1~10 GHz、响应速度快等优点,最小二乘法线性拟合得到对称结构集成光学电场传感器测量范围为140.7~279.3 kV/m,线性拟合R2为0.9821。非对称结构集成光学测量范围为0~90 kV/m,线性拟合R2为0.986。因此,本文提出的对称结构和非对称结构集成光学电场传感器优化设计方案和仿真分析结论,对于快前沿电磁脉冲电场的测试具有一定的引导和借鉴作用。

集成光学高压脉冲电场的多物理场仿真分析与优化设计

相关标签:高效空气消毒机,包装材料杀菌系列,水产海鲜杀菌设备

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