[發明專利]復合材料內部電場分布測量裝置

無效

• 申請號: 200910238480.4
• 申請日: 2009-11-20
• 公開（公告）號: CN101713798A
• 公開（公告）日: 2010-05-26
• 發明（設計）人: 李庭杰;蔡小兵;鄧齊波;胡更開
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G01R29/14
• 分類號: G01R29/14
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 高燕燕

技術領域

本發明涉及一種對復合材料內部電場分布進行測量的裝置以及電場測試結果處理的軟件系統。屬于材料參數測量以及電磁微波實驗技術領域。

背景技術

在電磁場領域中，往往會遇到如何測量材料或者是物品的散射場和內部的電場分布等問題。如果能夠直接測量得到材料內部電場分布和散射場分布，這將會對研究材料電磁性質帶來極大的方便。另外，近年來隨著超材料或者左手材料的深入研究，負折射率等非常規的現象出現，迫切需要研制一套針對復合材料，特別是新型超材料的電場分布的測量裝置以數據圖像一體化的處理系統。電磁波在真空或材料中是以場的形式存在。研究各種材料在電磁場中的響應，最好的方法就是捕捉、跟蹤、描繪電磁波在空氣中和材料內的傳播路徑。從原理上來看，顯而易見電磁波的傳播路徑應該分為從饋源發出到材料表面，在材料上傳播，經過材料后的走向。

目前，測量材料的負折射等奇異性質的電磁場裝置主要分為以下幾種類型：

1)檢測電磁波入射材料后的方向

由R.A.Shelby和D.R.Smith在2001年提出的驗證負折射的裝置。折射是最基礎的電磁波現象。一束波以任意角度入射到兩種材料的界面，這束波的傳播路徑就會被改變一定的角度。于是，一種用于測量折射后的角度的裝置就被研發出來。試樣和吸波材料放在兩塊平行的鋁板之間，鋁板間距12mm，前端圓板半徑為150mm。兩鋁板與試樣之間緊密接觸不留縫隙。黑色箭頭表示電磁波束的傳播路徑。在圓板的外端是一個可以繞著圓心以每步1.5°旋轉的探頭。探頭是一個同軸轉換器。旋轉探頭用以探測折射后電磁波的能量。那么電磁波經過材料后的傳輸角度就可以被測出。優點：構簡單，操作方便，可以捕捉到電磁波經過材料后的折射方向。

2)一維波導腔測量裝置

由Steven?A.Cummer和Bogdan-loan?Popa在2004年提出的一維波導腔測量裝置能更好的描繪電磁波傳輸路徑。頻率為2.6G的電磁波在波導腔中傳播。一排同軸探頭通過波導腔上部的開孔探入到波導腔區域，用于測量波導中間軸線上的電磁場。超材料放置于波導腔內。與Shelby等的實驗裝置不同之處在于，電磁場入射超材料前后的空間變化的相位和幅值大小就能被檢測出來。得到這些信息后，一維的電磁波傳播圖就能復現出來。優點：多個探頭可以測量多個空間點的電磁場相位和幅值信息，使其可以得到一維空間電磁場的傳播信息。

發明內容：

本發明的目的主要是根據David?R.Smith和David?Schurig等人于2006年提出了二維無限大平行板測量電磁場的概念，建立了一套實驗裝置以及開發了數據圖像處理軟件，以測試復合材料在微波入射下，其內部電場的分布規律。其擴展了一維波導腔測量裝置的概念，在二維的平行板波導裝置中測量多個點電磁場的相位和幅值信息。測量系統由固定夾具、兩平行鋁板、波導同軸轉換器、同軸探測天線、N型微波探頭、吸波材料、矢量網絡分析儀和PC機組成。適應頻率段為8.2G~12.4G。兩間隔為11mm的平行鋁板模擬無限大平行板測試空間，下板邊緣接波導同軸線轉換頭，從矢量網絡分析儀激發的電信號經它轉換為微波，入射到平行板空間中。上板中間開孔，插入同軸天線，天線探針與上鋁板下表面平齊，并不露出。經由天線采集信號，回饋到矢量網絡分析儀，從而組成一個測試回路。上板固定，下板在由PC機控制的位移臺帶動下可以做平面運動，那么下板上的被測材料就相對于探頭移動。從而可以測量出空間一系列點的場強值。

有益效果：

本發明與現有技術相比，具有以下優點及突出性效果：

電磁波由網絡分析儀發出，經波導轉換器轉換為微波向平行板波導發射。平行板波導的中心設有固定的微波探頭。工作時，復合材料樣品放置于平行板波導中。在電腦的控制下，位移臺驅動平行板波導的一塊鋁板平動，帶動復合材料運動，從而實現微波探頭對復合材料各位置點電場幅值和相位的采集。

對于負折射檢測裝置，只有折射后的方向信息，不能描述電磁波整個傳播過程。而對于一維波導腔測量裝置，使用的探頭較多，成本增加，而且實驗裝置制造相對復雜，而且成型后測量點位置不可改變。本發明能克服上述兩種裝置的缺點，直觀的得到整個電場的分布圖，從而得到材料的電磁性能。

圖1為復合材料內部電場分布測量裝置

圖中：(1)為矢量網絡分析儀E8362B；

(2)為SC300位移臺控制箱；

(3)為帶有GPIB卡以及裝有自足開發的控制軟件的PC機；

(4)為隔振臺；

(5)為特制的BJ-100波導；