實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)：射頻信號(hào)傳感特性測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

測(cè)試設(shè)備：高壓放大器、任意函數(shù)發(fā)生器、示波器、射頻信號(hào)傳感器、激光器、光電探測(cè)器等。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程：

圖一：射頻信號(hào)傳感特性測(cè)試系統(tǒng)

搭建了如圖一所示的射頻信號(hào)傳感特性測(cè)試系統(tǒng)。激光器產(chǎn)生激光經(jīng)過(guò)射頻電場(chǎng)傳感，在其內(nèi)部發(fā)生電光調(diào)制和偏振干涉，經(jīng)過(guò)調(diào)制的光信號(hào)在光電探測(cè)器處進(jìn)行電光轉(zhuǎn)換，輸出傳輸至示波器來(lái)表達(dá)射頻信號(hào)傳感的輸出。采用信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生待測(cè)任意小信號(hào)（如正弦波、方波、三角波等），之后經(jīng)過(guò)高壓放大器將任意小信號(hào)放大，輸出高電壓信號(hào)，高壓放大器的高電壓輸出經(jīng)過(guò)高壓引線(xiàn)施加到射頻信號(hào)傳感兩端的平行板電極，用于產(chǎn)生均勻電場(chǎng)來(lái)測(cè)試、校驗(yàn)射頻信號(hào)傳感的特性，另一路輸出接到示波器用于信號(hào)監(jiān)測(cè)和與射頻信號(hào)傳感的實(shí)際輸出進(jìn)行對(duì)比。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

射頻信號(hào)傳感輸入輸出特性實(shí)驗(yàn)中，采用射頻信號(hào)傳感特性測(cè)試系統(tǒng)來(lái)測(cè)試射頻信號(hào)傳感的實(shí)際性能，633nm激光器產(chǎn)生激光傳輸?shù)缴漕l信號(hào)傳感，待測(cè)射頻電場(chǎng)對(duì)激光產(chǎn)生調(diào)制作用，調(diào)制后傳輸至光電探測(cè)器，光電探測(cè)器將接收到的激光轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)輸出，輸出信號(hào)傳輸至示波器顯示輸出結(jié)果，同時(shí)高壓放大器的一路信號(hào)輸出也連接到同一示波器，取時(shí)間坐標(biāo)一致進(jìn)行監(jiān)測(cè)和對(duì)比。采用信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生工頻正弦信號(hào)，經(jīng)過(guò)高壓放大器后施加到平行板電極上，平行板電極正負(fù)極分別置于傳感晶體上下表面。

圖二：工頻電場(chǎng)作用下射頻信號(hào)傳感響應(yīng)

如圖二所示工頻電場(chǎng)作用下射頻信號(hào)傳感的響應(yīng)，測(cè)量結(jié)果表明：射頻信號(hào)傳感輸出與電場(chǎng)強(qiáng)度有正相關(guān)變化趨勢(shì)。

保持輸入電壓的頻率50Hz不變，幅值10V開(kāi)始逐漸升高，在射頻信號(hào)傳感上施加工頻正弦電壓，分別記錄每個(gè)輸入電壓所對(duì)應(yīng)的傳感器輸出電壓大小，測(cè)試結(jié)果如圖四(a)所示?？梢钥闯觯谝欢ǚ秶鷥?nèi)射頻信號(hào)傳感的輸入輸出存在線(xiàn)性關(guān)系，如果增大外加電壓的頻率，我們?nèi)匀豢梢缘玫酵瑯拥木€(xiàn)性關(guān)系。

圖三：線(xiàn)性擬合分析結(jié)果

對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行線(xiàn)性擬合，線(xiàn)性擬合方程的參數(shù)如上圖三所示，線(xiàn)性擬合度越接近1，表示數(shù)據(jù)點(diǎn)在回歸線(xiàn)周?chē)植几泳o密，擬合程度越好。從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和數(shù)值分析來(lái)看，本工作設(shè)計(jì)的射頻信號(hào)傳感的輸出電壓與施加電場(chǎng)成良好的線(xiàn)性關(guān)系。

為了測(cè)試射頻信號(hào)傳感的頻率響應(yīng)，實(shí)驗(yàn)中保持施加信號(hào)幅值50V不變，信號(hào)頻率從50Hz逐漸增大到2kHz，得到射頻信號(hào)傳感的頻率響應(yīng)曲線(xiàn)如圖四(b)所示。可以看出，隨著頻率增加，射頻信號(hào)傳感輸出電壓呈現(xiàn)非線(xiàn)性下降，這主要是由于平行板電極自身響應(yīng)頻率的限制。針對(duì)高頻、低振輻射頻信號(hào)的測(cè)量需要對(duì)電光晶體采用波導(dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

圖四：射頻信號(hào)傳感特性。(a)射頻信號(hào)傳感輸入輸出特性。(b)射頻信號(hào)傳感頻率響應(yīng)曲線(xiàn)

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審核編輯 黃宇