第一章 绪论
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同轴电缆和光纤基于同样的电磁场理论,虽然两者所传输的电磁波频率不
同,致使两者分别具有一套系统和不同的应用,但是随着光子晶体的发展和同轴
电缆在 ETDR 监测的运用,学者们受到启发,尝试将光纤传感器中一些成功的概
念和理论应用到同轴电缆中
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。2011 年 Tao Wei 等人通过使用在同轴电缆上周
期性钻孔的方法造成电缆阻抗的不连续性,从而使得在传输谱和反射谱中都出现
了对应的谐振峰,并指出了 CCBG 有运用于应变传感装置的潜力。2013 年天津
大学光纤通信实验室使用三维电磁仿真软件 Ansoft HFSS 对其进行三维建模,仿
真分析其传输特性。制作同轴电缆布拉格电栅电栅并搭建系统实验,最终的实验
结果与仿真结果进行了对比,对电栅特性进行参数优化。
1.3 本文主要工作和创新点
本论文工作是在天津大学光纤通信实验室下完成的。在研究大量相关文献的
基础上,对同轴电缆布拉格电栅技术研究展开了理论和实验的研究。从光子晶体
和同轴电缆 TDR 监测的研究历程展开,叙述了同轴电缆布拉格电栅的研究背景
和现状;阐述了使用 HFSS 仿真来研究电栅传输特性的意义。介绍了电栅的结构,
基于微波网络的概念使用
参数作为显示电栅反射特性的媒介,并使用了传输
线理论推导出电栅理想模型下的
参数计算式。简略介绍了 HFSS 及其运用,
阐述了使用 HFSS 仿真电栅的优势;介绍了使用 HFSS 进行仿真的原理和流程,
简述了 HFSS 的常用设定和概念,为之后的仿真奠定基础。使用 HFSS 仿真电栅,
分析仿真得到的反射谱特点,并与第二章得到的分析方法相互比较和验证;改变
参数设定,对不同参数条件下的电栅仿真结果进行对比和分析,对整个毕设工作
进行总结,计划下一步工作的方向。
本论文的内容安排如下:
第一章 绪论:介绍了电栅的研究背景和相关国内外研究的进展。针对重大基
础设施在极端服役环境下对与传感手段的需求以及相关大应变研究成果进行了
详细的阐述。从而基于同轴光子晶体的结构形式和光纤布拉格光栅的成栅机理提
出了电栅这一新型概念。
第二章 电栅基本原理:介绍电栅的基本结构形式,采用传输线理论中传输线
特征阻抗的周期性阻抗不连续对电栅信号进行解释和理论推导。借鉴光纤光栅所
采用的光波导模式耦合理论对电栅的原理进行分析,对电栅机理进行探索。并使
用传输线理论推导出电栅理想模型下的
参数计算式。