测量瞬态电场的三维宽带天线设计
TD计算中，空间步长取0. 5cm，时间步长取5×10-3/2c，c为自由空间的波速。计算区域60×60×60个空间步长，被10层的MPML包围。
（1）保持平板距离内部立方体的距离不变，改变正方形平板的边长。三个极化方向上天线的结 构对称，因此现只以Z方向上进行说明。Uz是Z方向上内部立方体与左右两边的正方形平行板之间的感应电压。当天线极板到接地极的距离均为1cm，改变天线 极板边长。当三维天线的z极化方向与入射波电场极化方向一致时计算结果见表2。图4是 Uz的典型波形，图5是HEMP与Uz的归一化波形对比，从图中可以看出，低频有失真。
表2第一组模型感应电压Uz的波形参数
| 模型号 | 天线极板边(cm) | 峰值(V) | 上升时间(nS) | 脉宽(nS) |
| 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
| 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
| 序 号 | 计算模型参数 | 频率响应 | ||
| 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) | |
| 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。
