表2第一组模型感应电压Uz的波形参数
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模型号 |
天线极板边(cm) |
峰值(V) |
上升时间(nS) |
脉宽(nS) |
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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
表3第二组模型感应电压Uz的波形参数
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模型号 |
距离长度(cm) |
峰值(V) |
上升时间(nS) |
脉宽(nS) |
|
1 |
1 |
783 |
2.4 |
24 |
|
2 |
0.5 |
399 |
2.4 |
24 |
|
3 |
1.5 |
1145 |
2.4 |
24 |
（3）为了研究改变导电立方体尺寸对三维测量带宽的影响，也设计一组计算模型，模型的结构参数及数值模拟的统计结果见表4。可以看出，接地极的边长的改变对天线的频率响应影响很大。
表4 仅改变接地体尺寸时的计算模型参数及天线频率响应数值仿真结果
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序 号 |
计算模型参数 |
频率响应 |
||
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接地极的边长(cm) |
天线极板至接地极的距离(cm) |
极板边长(cm) |
感应电压的3dB带宽(MHz) |
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1 |
9 |
1.5 |
4 |
816 |
|
2 |
7 |
1.5 |
4 |
1010 |
|
3 |
6 |
1.5 |
4 |
1153 |
|
4 |
5 |
1.5 |
4 |
1376 |
|
5 |
4 |
1.5 |
4 |
1800 |
3. 结论
(1) 从数值模拟结果上来看，保持天线平板到内部立方体的距离不变，只改变正方形平板的尺寸大小，对感应电压影响不大；保持正方形平板的尺寸不变，改变平板到内部立方体的距离，对计算结果有很大影响，距离增加一倍，感应电压的峰值近似增加一倍。
（2）从感应电压的波形看，三维天线的高频响应很好，低频响应不足，需要在实际设计时对低频进行补偿。
（3）接地极的边长的改变对天线的频率响应影响很大，接地极的边长减小可以提高天线的带宽。
参考文献
[1] K. S. Yee, “Numerical solution of initial boundary value problems involving Maxwell’ equations in isotropic media, ”IEEE Trans. on antennas Propagat, vol.14, no.4, pp. 302-307,1966.
[2] 王长清，祝西里，“电磁场计算中的时域有限差分法”，北京大学出版社，1994.
[3] A. Taflove, Computational Electro- dynamics – The Finite- Difference Time- Domain Method, Artech House, 1995
[4] J. Berenger, “A perfectly matched layer for the absorption of electromagnetic waves,” J. Comp. phys.,
Vol.114, no.2, pp.185-200, Oct. 1994.
[5] B. Chen, D. G. Fang and B. H. Zhou, “Modified Berenger PML absorbing boundary condition for FDTD meshes”,
IEEE Microwave and Guided Wave Lett., Vol.5, no.11, pp 399-401, Nov. 1995.
[6] A. Taflove, and M. E. Brodwin, “Numerical solution of steady-state electromagnetic scattering problems using the time-dependent Maxwell’s equation”,
IEEE Trans. on Micro-wave Theory Tech., MTT-23, pp. 623-630, 1975.
3.2 入射设置
计算中采用高空核爆炸(HEMP)的标准波形，假设照射到三维传感器的均为均匀平面波。
HEMP入射波电场为：
