基于远场平面扫描的毫米波辐射器近场辐射剂量测量方法技术

一种基于远场平面扫描的毫米波辐射器近场辐射剂量测量方法，主要解决现有毫米波辐射器近场辐射剂量测量的精度低和效率低的问题。本发明专利技术测量并计算位于远场的扫描平面上的电场复振幅的分布，通过傅里叶逆变换，将远场的电场复振幅变换为平面波谱，将近场剂量空间分解为各个近场平面，通过傅里叶变换，将平面波谱变换为各个近场平面上的电场复振幅和磁场复振幅，并计算出功率流密度。本发明专利技术方法通过在位于远场的扫描平面上测量功率，并由此计算出毫米波辐射器的近场辐射剂量，和现有的直接测量方法相比，本发明专利技术在测量精度和测量效率方面均有所提高。

【技术实现步骤摘要】
基于远场平面扫描的毫米波辐射器近场辐射剂量测量方法
本专利技术属于电磁场测量
，特别涉及一种基于远场平面扫描的毫米波辐射器近场辐射剂量测量方法。本专利技术可以应用于毫米波辐射器近场区域中对电场、磁场、功率流密度的实验测量。
技术介绍
毫米波广泛应用于医学和生物学研究。在医学应用中，毫米波传统上用于加速手术后伤口的愈合、防止感染、抑制疤痕形成并激活免疫系统，毫米波的最新用途包括诊断皮肤癌和缓解疼痛。在生物学应用中，典型例子是用毫米波对离体培养的上皮细胞和角膜细胞做辐射实验，将细胞样品放置在距离毫米波辐射器几个波长以内的区域接受辐射。以上应用都需要获得毫米波辐射器的近场辐射剂量，用于量化各类医学和生物学效应。厦门大学在其申请的专利文献“微波毫米波三维近场数据采集与成像系统”(申请号CN201811147092.0，公开号CN109085585A)中公开了一种直接测量毫米波三维近场数据的方法。该方法将测量探头的输出端口与毫米波辐射器的输入端口连接到矢量网络分析仪上，用金属支架固定测量探头，用三轴运动控制器移动毫米波辐射器，矢量网络分析仪本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于远场平面扫描的毫米波辐射器近场辐射剂量测量方法，其特征在于，扫描平面位于毫米波辐射器的远场，测量并计算电场复振幅在扫描平面上的分布，经过两次傅里叶变换，获得毫米波辐射器近场剂量空间的辐射剂量，包括电场、磁场和功率流密度；该方法的具体步骤如下：/n(1)确定扫描平面：/n(1a)以毫米波辐射器口径面中心点为坐标原点，建立一个三维直角坐标系，x轴在毫米波辐射器的E面，y轴在毫米波辐射器的H面，毫米波辐射器的主辐射方向为z轴；/n(1b)扫描平面与毫米波辐射器口径面的距离d通常为10λ，根据毫米波辐射器的口径大小，对此距离进行调整，λ表示毫米波的波长，λ＝c/f，c表示空气中的光速，f表...

【技术特征摘要】
1.一种基于远场平面扫描的毫米波辐射器近场辐射剂量测量方法，其特征在于，扫描平面位于毫米波辐射器的远场，测量并计算电场复振幅在扫描平面上的分布，经过两次傅里叶变换，获得毫米波辐射器近场剂量空间的辐射剂量，包括电场、磁场和功率流密度；该方法的具体步骤如下：
(1)确定扫描平面：
(1a)以毫米波辐射器口径面中心点为坐标原点，建立一个三维直角坐标系，x轴在毫米波辐射器的E面，y轴在毫米波辐射器的H面，毫米波辐射器的主辐射方向为z轴；
(1b)扫描平面与毫米波辐射器口径面的距离d通常为10λ，根据毫米波辐射器的口径大小，对此距离进行调整，λ表示毫米波的波长，λ＝c/f，c表示空气中的光速，f表示毫米波的频率；
(1c)以直角坐标系中(0,0,d)点为中心，确定一个平行于xy平面的扫描平面，扫描平面沿x轴的范围为[-a,a]，扫描平面沿y轴的范围为[-b,b]，a、b的取值分别等于扫描平面长度、宽度的一半，扫描平面的长度、宽度的取值应当使得扫描平面边缘的电场强度比中心的电场强度至少减小10dB；
(2)根据测量功率计算电场：
(2a)以λ/2作为采样间隔，沿x轴和y轴方向将扫描平面分成坐标为的点阵，m和n的取值范围分别为-M≤m≤M-1,-N≤n≤N-1,M＝a/λ,N＝b/λ，调整a、b，使M、N的值同时为整数；
(2b)当开口波导的E面分别平行于毫米波辐射器的E面和H面时，分别测量每个采样点的功率，利用幅度计算公式，分别计算采样点的电场幅度沿x轴方向的分量和y轴方向的分量；根据采样点和毫米波辐射器相位中心的距离计算电场相位；将采样点电场幅度沿x轴方向的分量和y轴方向的分量以及电场相位合成为电场复振幅沿x轴方向的分量和y轴方向的分量；
(3)计算平面波谱：
(3a)以毫米波的传播矢量k沿x轴方向的分量kx和y轴方向的分量ky为坐标轴，正交展开波谱二维坐标系；沿kx方向以作为间隔，沿ky方向以作为间隔，将波谱二维坐标系分成坐标为的点阵，m′和n′的取值范围分别为k＝|k|；
(3b)利用二维快速傅里叶逆变换，将扫描平面上所有采样点的电场复振幅沿x轴方向的分量和y轴方向的分量分别变换为波谱二维坐标系中点阵上所有点的平面波谱沿x轴方向的分量和y轴方向的分量；根据各点的平面波谱沿x轴方向的分量和y轴方向的分量计算沿z轴方向的分量，各点的平面波谱沿x轴方向的分量、y轴方向的分量和z轴方向的分量构成平面波谱矢量；
(4)反演近场辐射剂量：
(4a)将毫米波辐射器近场剂量空间划分为L个平行于毫米波辐射器口径面的近场平面，在每个近场平面的x轴方向和y轴方向，以λ/2作为间隔，将近场平面分成坐标为的点阵，m″和n″的取值范围分别为-M≤m″≤M-1,-N≤n″≤N-1；
(4b)在近场平面上，利用二维快速傅里叶变换，将平面波谱沿x轴方向的分量、y轴方向的分量和z轴方向的分量分别变换为近场平面上所有点的电场复振幅和磁场复振幅沿x轴方向的...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵建勋，张旭，但佳雄，李帅，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61