[發明專利]一種基于激光電離空氣的電磁波矢量分布測量系統

在審

• 申請號: 202310085402.5
• 申請日: 2023-02-09
• 公開（公告）號: CN115963329A
• 公開（公告）日: 2023-04-14
• 發明（設計）人: 白明;冷凝;馬遼
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01R29/08
• 分類號: G01R29/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種基于激光電離空氣的電磁波矢量分布測量系統。該設計通過激光電離空氣產生等離子體，生成的等離子體與待測電磁波進行相互作用，利用光源控制系統調整激光電離空氣的空間位置，接收不同位置等離子體與待測電磁波相互作用后的電磁波信號，實現空間中任意位置的電磁波幅度和相位分布的測量。本發明不僅可以實現空間電磁波分布的快速測量，同時還避免了其它夾具、測量介質等引入對待測位置電磁波分布的影響，是一種快速、靈活、準確的測量手段。

技術領域

本發明屬于電磁波測量領域，具體涉及一種基于激光電離空氣的電磁波矢量分布測量系統。

背景技術

獲得電磁波的空間分布是電磁測量領域的一個重要研究內容，在天線測量、電磁兼容、雷達成像等領域有著廣泛的應用。目前廣泛使用的電磁波空間分布的測量手段是使用近場測量探頭結合機械裝置的形式，近場測量探頭通常是一個開口波導，開口波導與矢量網絡分析儀等信號接收處理裝置連接，將開口波導固定在機械滑臺上，控制機械滑臺在空間中移動采樣，完成采樣區域電磁波分布的測量。然而，開口波導因其金屬結構特點，會影響待測區域電磁波的分布；同時使用機械滑臺控制探頭移動完成掃描的測量時間通常十分漫長，當待測空間區域較大時，完成一次測量可能需要幾十分鐘甚至幾個小時；在機械滑臺承載探頭移動時，連接線纜的移動也會對測試結果的準確性造成不利的影響。

為了解決近場探頭掃描式電磁波測量系統存在的問題，J.H.Richmond曾發表“AModulatedScatteringTechniqueforMeasurementofFieldDistributions”，IRETransactionson?MicrowaveTheoryandTechniques3(4),13-15(1955)，提出了調制散射的方式實現電磁波分布的測量，該測量方法的“等效探頭”尺寸較小，有效地提高了測量的分辨率并減少了對待測場的干擾；同時，基于散射原理的測量方式探頭無需連接線纜，避免了測試過程中探頭移動導致線纜跟隨移動帶來的誤差，然而該方法還是無法避免對機械移動裝置的依賴，仍然無法避免單次測量時間漫長的問題。馬遼等人在“Real-timeimagingofelectromagneticfields”，Opt.Express30(12),20431-20440(2022)，提出了使用硅片作為測量介質，利用光電導現象對空間電磁波分布進行測量，該測量方法使用激光照射在硅片上，照射區域形成的等離子體視作“等效探頭”，搭配光路控制系統能夠迅速地實現電磁波空間分布的測量，然而，由于硅片的引入，會對待測位置的電磁波產生干擾，影響測量結果的準確性。

當超短脈沖激光在空間中聚焦于某一位置時，聚焦處的場強超過原子內部相互作用的庫倫場，電子將脫離原子束縛，在該聚焦區域的空氣被激發為等離子體。根據洛倫茲-德魯德模型，空氣受激生成的等離子體的復介電常數發生變化，當電磁波穿過該等離子體區域時，電磁波的響應將發生改變。根據此現象，本發明提出使用激光在空間中逐點掃描激發等離子體，收集不同位置的待測電磁波響應，實現電磁波空間矢量分布的測量，該測量方法無需引入任何測量介質，保證了測試結果的準確性；通過光源控制系統可控制激光在空間任意位置聚焦，獲得多維電磁波矢量空間分布信息；相較于傳統機械滑臺承載探頭移動的形式，光束空間聚焦位置的變化速度更快，提高了測試效率；在測試過程中線纜無需移動，避免了線纜移動引入的誤差。利用該測量系統能夠實現高效、快速、準確的電磁波矢量分布測量。

發明內容

本發明的目的在于，提出了一種基于激光電離空氣的電磁波矢量分布測量系統，該測量系統無需其它測試介質或測量探頭，避免了對待測區域電磁波的干擾；測試系統不需要機械滑臺等裝置，極大的提高了測試效率；可靈活設定測試區域，結合光源控制系統可實現空間任意位置區域的多維電磁波矢量分布測量；在測試時，連接線纜不需要跟隨移動，避免了測試線纜引入的測試誤差。

為實現上述目的，本發明的具體方案如下：包括激光光源；光源控制系統；天線；信號接收處理裝置；上位控制系統：

所述激光光源用于產生能夠電離空氣的激光；

所述光源控制系統用于控制激光在空間中電離空氣的位置；