微波绕射系统技术方案

本发明专利技术是一种微波绕射系统，包含二个平板、一晶格模型、一发射器以及一检测器。二个平板具有导电性，且相对平行设置以构成一平面波导。晶格模型包含多个规则排列的圆柱，且圆柱设置于二个平板之间。发射器设置于平面波导的外缘，用以朝晶格模型提供一微波。检测器设置于平面波导的外缘，用以检测晶格模型所反射的微波。依据上述的微波绕射系统所获得的绕射图案与理论值相近。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术有关一种绕射系统，特别是一种利用微波模拟布拉格绕射的微波绕射系统。
技术介绍
布拉格绕射(Bragg diffraction)已应用于X光结晶学上，以了解原子在晶体中的排列方式。就教学而言，利用X光、电子或中子来验证绕射现象不仅过于昂贵，且长期曝露于X光射线中对人体健康有害。此外，晶体的晶格结构无法为人眼所见，对于教学效果亦大打折扣。利用微波照射模拟晶格结构的金属柱可克服上述问题且成本低廉。然而，现有的微波绕射系统仍有体积大、约需1 2米以及实验所获得的绕射角偏离理论值的问题。综上所述，提供一种体积较小且呈现与理论值相近的绕射图案的微波绕射系统便是目前极需努力的目标。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种微波绕射系统，其所呈现的绕射图案与理论值相近。本专利技术的微波绕射系统包含二个平板、一晶格模型、一发射器以及一检测器。二个平板具有导电性，且相对平行设置以构成一平面波导。晶格模型包含多个规则排列的圆柱， 且圆柱设置于二个平板之间。发射器设置于平面波导的外缘，用以朝晶格模型提供一微波。 检测器设置于平面波导的外缘，用以检测晶格模型所反射的微波。本专利技术的微波绕射系统可使绕射现象以二维的方式呈现，且通过适当设计的晶格模型，使本专利技术的微波绕射系统所呈现的绕射图案与理论值相近。此外，本专利技术的微波绕射系统使用较短波长的微波，因此，整个绕射系统的尺寸可大幅缩小。以下结合附图对本专利技术的具体实施例详加说明，当更容易了解本专利技术的目的、
技术实现思路
、特点及其所达成的功效，其中附图说明图1为显示本专利技术一实施例的微波绕射系统分解图。图2为显示本专利技术一实施例的微波绕射系统的组合图。图3a为一俯视图，显示本专利技术一实施例的微波绕射系统的晶格模型。图北为显示本专利技术一实施例的微波绕射系统的晶格模型的立体图。图4为显示本专利技术一实施例的微波绕射系统的晶格模型以及平面波导的相对位置的剖面图。图5以及图6显示微波的入射角度θ in以及散射角度θ sc的关系图。具体实施方式请参照图1至图4，本专利技术的一实施例的微波绕射系统包含二个平板lla、llb、一晶格模型12、一发射器13以及一检测器14。平板IlaUlb具有导电性，并相对平行设置， 以构成一平面波导10。晶格模型12包含多个规则排列的圆柱121。借助适当设计，晶格模型12的圆柱121设置于平板IlaUlb之间。举例而言，圆柱121设置于基板上，将基板设置于平板Ila的开孔111中，使圆柱121突伸至平面波导中，如图4所示。换言之，模拟晶格结构中的原子的圆柱121即设置于平面波导10中。需注意的是，圆柱121亦可直接设置于平板Ila或lib的内侧表面。于一实施例中，圆柱的半径小于等于λ/2 π，其中λ为入射至晶格模型12的微波的波长。接续上述说明，发射器13 (仅绘示前端结构)设置于平面波导10的外缘，用以朝晶格模型12提供一微波。于一实施例中，入射至晶格模型12的微波的电场方向垂直于平板。举例而言，入射至晶格模型12的微波可为一 TEM模式波。检测器14(仅绘示前端结构)亦设置于平面波导10的外缘，用以检测晶格模型12所反射的微波。举例而言，检测器 14可将微波的能量转换成电压信号呈现。于一实施例中，发射器13包含一第一模式转换器131，其设置于平板IlaUlb之间，且其一端与发射器13连接。第一模式转换器131呈一号角形状，亦即第一模式转换器 131的连接端内径小于其开放端内径。第一模式转换器131可将第一模式的微波转换成第二模式的微波再入射至晶格模型12。举例而言，第一模式转换器131将微波源所提供的TEltl 模式的微波转换成TEM模式的微波。于一实施例中，第一模式转换器131的开放端内径宽度约等于或略大于晶格模型12的宽度，使入射至晶格模型12的微波可集中并涵盖整个晶格模型12。于一实施例中，检测器14包含一第二模式转换器141，其设置于平板IlaUlb之间，且其一端与检测器14连接。第二模式转换器141亦呈一号角形状，亦即第二模式转换器141的连接端内径小于其开放端内径。需注意的是，为了精确检测微波反射的角度，第二模式转换器141开放端内径宽度小于第一模式转换器131的开放端内径宽度。于一实施例中，检测器14与一旋转座15连接，使检测器14能够以晶格模型12为中心轴旋转，例如旋转座15与平板lib的连接处之间设置一轴承16a。如此，检测器14即可接收各种反射角度的微波并转换为电性信号。于一实施例中，本专利技术的微波绕射系统包含一承座17，其用以承载晶格模型12。 晶格模型12的圆柱121再通过平板Ila的开孔111突伸于平面波导。依据此结构，通过拆卸承座17即可更换不同晶格结构的晶格模型12。较佳者，发射器13与具有开孔111的平板Ila连接，且承座17可相对于平板Ila旋转，例如，承座17与平板Ila的连接处设置一轴承16b。如此，控制发射器13相对于承座的旋转，即可调整微波入射至晶格模型12的角度。于一实施例中，前述的元件可设置于一基座18上，且平板Ila或基座18上可绘制角度刻度，以利操作者观察晶格模型12或检测器14的旋转角度。满足方程式2dsin θ =ηλ即可产生绕射现象，其中d为晶格模型12的圆柱121 的间距(如图3a所示)，λ为微波的波长。因此，缩短微波的波长可缩小晶格模型12的大小。于一实施例中，检测器14与晶格模型12间的距离约等于D2/2 λ，其中D为晶格模型12 的宽度(如图3a所示)。于一实施例中，晶格模型12的宽度D范围可为6λ 10λ。因此，缩短微波的波长亦可缩小整个绕射系统的大小。举例而言，本专利技术所使用的微波的频率范围可为30GHz IOOGHz。为了使入射至晶格模型12的微波可通过整个晶格模型12，因此，应控制晶格模型 12所反射的微波能量，亦即微波的振幅。于一实施例中，晶格模型12所反射的微波的振幅满足下列方程式—1/1 <0.3 π 其中N为圆柱121的数量，D为晶格模型12的宽度，λ为微波的波长，f为散射系数，亦即入射波为振幅1的平面波时，散射振幅为汉克尔函数(Hankelfimctions，Η0ω)所带的系数的绝对值。于一实施例中，圆柱121的数量范围为20个至200个。于一实施例中，晶格模型12的圆柱121的材质可为介电材质。如此，即使圆柱121 的高度Hl等于平板IlaUlb间的距离Η2，介电材质的圆柱仍不会造成晶格模型12中的第一列晶格平面即反射掉较大的微波能量，使未被反射的微波能量能够通过整个晶格模型 12。于一实施例中，晶格模型12的圆柱121的间距范围可为λ /2至3 λ。于一实施例中，晶格模型12的圆柱121的材质可为金属材质。由于金属材质的圆柱会造成较大的反射，因此，为了使微波能通过整个晶格模型12，金属材质的圆柱高度Hl 应小于平板IlaUlb间的距离Η2。依据此结构，部分微波能量可被金属材质的圆柱121反射以供检测器14检测，而部分微波能量可从圆柱121与平板lib间的间隙通过整个晶格模型12。较佳者，可通过模式分析来调整圆柱高度H1，以使晶格模型12所反射的微波的振幅满足前述的方程式。于一实施例中，晶格模型12的圆柱121的间距范围可为入/2至3入。图5以及图6显示微波的入射角度θ in以及散射角度θ s本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张存续，袁景滨，
申请(专利权)人：张存续，
类型：发明
国别省市：