[发明专利]非规则谐振腔内部电场强度标定系统及标定方法

说明书

本发明提供一种非规则谐振腔内部电场强度标定系统及标定方法，包括高功率脉冲微波信号源、耦合电探针、聚四氟乙烯软管、微波吸收剂、光纤超声探头、示波器、微波谐振腔；将微波谐振腔设置为规则谐振腔，推算出微波耦合剂所在区域电场强度E₀，通过示波器读取超声波信号幅值B₀，将E₀、B₀带入微波电场强度与超声波信号幅度关系模型公式E＝a×B即可得到待定系数a的数值，将规则谐振腔更换为非规则的谐振腔，将检测到的超声波信号幅值B信息带入上述公式，从而反演得到非规则谐振腔的内部电场强度E；本发明本系统可以实现异型谐振腔内电场强度准确提取，为强微波电场对材料微波性能影响机理深入研究提供了基础。

技术领域

本发明属于微波测量的应用领域，涉及微波谐振腔(microwave cavity)。

背景技术

微波谐振腔是一种工作在微波频率下的谐振元件，具有存储电磁能量及频率选择等特征。由于能量信号在谐振腔内呈现驻波状态，并且没有辐射损耗，故具有较高的品质因素。微波谐振腔常用来构建强微波场环境，用来调查不同材料微波性能随微波场强度变化的演变机理。因此，准确获取待测样品所在区域微波场强对于利用谐振腔研究材料微波性能来说至关重要。

一般来说，对于规则形状的谐振腔，可以根据经典电磁理论进行推导反演得到谐振腔内部局部区域的电场强度分布，因此，大多数情况下利用规则结构的谐振腔可以很方便的对材料的微波性能进行研究。但是，有时候为了提高微波能的利用效率，需要对规则的谐振腔进行结构改进，如通过局部电场压缩或者加载电容结构等方式使得微波谐振腔局部区域的电场得到大幅度提高，此时由于谐振腔的形状发生了不规则变化，此时利用经典电磁理论难以直接计算出区域电场强度。

对于形状非规则谐振腔内部电场强度的获取方式最常用的方式是利用耦合传感器(电探针)将所需区域的电场耦合出谐振腔再进行反演求解。当所测区域电场较弱时，虽然电探针为金属特性，其对腔内的扰动较小，一般可以忽略其对区域电场强度的影响；但是，异型谐振腔往往都是为了提高谐振腔内部局部区域电场强度而设计的，也就是说谐振腔内所测区域电场强度较强，此时即使电探针的尺寸较小，也会对区域电场强度造成较大影响，使得区域电场强度的测量误差不可忽略。本发明系统将通过引入非金属特性的光纤超声传感器，根据脉冲微波可以激励微波吸收体产生超声信号的原理，建立了一种可以实现非规则谐振腔内部电场强度标定的方法及系统。由于光纤超声传感器体积小、非金属特性的特点，当其插入到谐振腔待测区域时，其对谐振腔内的电场分布的扰动非常小，可以忽略不计，因此可以利用光纤超声传感器实现非规则谐振腔内部电场强度的高精度获取。

发明内容

本发明通过引入光纤超声传感器、微波耦合剂等，组建了非规则谐振腔内部电场强度标定系统，系统实现了非规则谐振腔内部强微波电场的有效提取，为强微波电场环境下材料的微波性能研究提供了有效的基础条件。

为实现上述发明目的，本发明技术方案如下：

一种非规则谐振腔内部电场强度标定系统，包括高功率脉冲微波信号源1、耦合电探针2、聚四氟乙烯软管3、微波吸收剂4、光纤超声探头5、示波器6、微波谐振腔7；高功率脉冲信号源1通过同轴电缆与耦合电探针2连接，微波能量通过耦合探针2注入谐振腔7内；微波吸收剂4盛放在聚四氟乙烯软管3内，光纤超声探头5直接插入聚四氟乙烯软管3中并与微波吸收剂4接触，光纤超声探头5、微波吸收剂4、聚四氟乙烯软管3整体置于微波谐振腔7待测电场区域；光纤超声探头5通过同轴电缆与示波器6连接，高功率脉冲微波信号源1的峰值功率大于1000W。

作为优选方式，光纤超声探头5和微波吸收剂4的总体积为V₁，微波谐振腔7的体积为V₂，V₁：V₂远小于1:1000。这样能降低光纤探头和微波吸收剂对谐振腔的扰动。