實驗名稱：射頻信號傳感特性測試系統(tǒng)設(shè)計

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

實驗過程：

圖一：射頻信號傳感特性測試系統(tǒng)

搭建了如圖一所示的射頻信號傳感特性測試系統(tǒng)。激光器產(chǎn)生激光經(jīng)過射頻電場傳感，在其內(nèi)部發(fā)生電光調(diào)制和偏振干涉，經(jīng)過調(diào)制的光信號在光電探測器處進行電光轉(zhuǎn)換，輸出傳輸至示波器來表達射頻信號傳感的輸出。采用信號發(fā)生器產(chǎn)生待測任意小信號（如正弦波、方波、三角波等），之后經(jīng)過高壓放大器將任意小信號放大，輸出高電壓信號，高壓放大器的高電壓輸出經(jīng)過高壓引線施加到射頻信號傳感兩端的平行板電極，用于產(chǎn)生均勻電場來測試、校驗射頻信號傳感的特性，另一路輸出接到示波器用于信號監(jiān)測和與射頻信號傳感的實際輸出進行對比。

實驗結(jié)果：

射頻信號傳感輸入輸出特性實驗中，采用射頻信號傳感特性測試系統(tǒng)來測試射頻信號傳感的實際性能，633nm激光器產(chǎn)生激光傳輸?shù)缴漕l信號傳感，待測射頻電場對激光產(chǎn)生調(diào)制作用，調(diào)制后傳輸至光電探測器，光電探測器將接收到的激光轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘栞敵?，輸出信號傳輸至示波器顯示輸出結(jié)果，同時高壓放大器的一路信號輸出也連接到同一示波器，取時間坐標一致進行監(jiān)測和對比。采用信號發(fā)生器產(chǎn)生工頻正弦信號，經(jīng)過高壓放大器后施加到平行板電極上，平行板電極正負極分別置于傳感晶體上下表面。

圖二：工頻電場作用下射頻信號傳感響應(yīng)

如圖二所示工頻電場作用下射頻信號傳感的響應(yīng)，測量結(jié)果表明：射頻信號傳感輸出與電場強度有正相關(guān)變化趨勢。

保持輸入電壓的頻率50Hz不變，幅值10V開始逐漸升高，在射頻信號傳感上施加工頻正弦電壓，分別記錄每個輸入電壓所對應(yīng)的傳感器輸出電壓大小，測試結(jié)果如圖四(a)所示?？梢钥闯?，在一定范圍內(nèi)射頻信號傳感的輸入輸出存在線性關(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€性關(guān)系。

圖三：線性擬合分析結(jié)果

對測量結(jié)果進行線性擬合，線性擬合方程的參數(shù)如上圖三所示，線性擬合度越接近1，表示數(shù)據(jù)點在回歸線周圍分布更加緊密，擬合程度越好。從實驗數(shù)據(jù)和數(shù)值分析來看，本工作設(shè)計的射頻信號傳感的輸出電壓與施加電場成良好的線性關(guān)系。

為了測試射頻信號傳感的頻率響應(yīng)，實驗中保持施加信號幅值50V不變，信號頻率從50Hz逐漸增大到2kHz，得到射頻信號傳感的頻率響應(yīng)曲線如圖四(b)所示?？梢钥闯?，隨著頻率增加，射頻信號傳感輸出電壓呈現(xiàn)非線性下降，這主要是由于平行板電極自身響應(yīng)頻率的限制。針對高頻、低振輻射頻信號的測量需要對電光晶體采用波導(dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)計。

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

高壓放大器推薦：ATA-7010

圖：ATA-7010高壓放大器指標參數(shù)

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審核編輯 黃宇