【摘要】：均勻微波場(chǎng)是一種特殊的空間場(chǎng),要求在預(yù)定區(qū)域內(nèi)場(chǎng)強(qiáng)分布相等,在物料干燥、微波熱療、電磁敏感性測(cè)試等領(lǐng)域有重要應(yīng)用。產(chǎn)生均勻微波場(chǎng)的關(guān)鍵是如何實(shí)現(xiàn)對(duì)空間電磁場(chǎng)的調(diào)控。目前,電磁波傳播與空間電磁場(chǎng)分布的控制理論和方法用于產(chǎn)生均勻微波場(chǎng)普遍存在場(chǎng)幅度不一致性問(wèn)題,往往需要通過(guò)大量?jī)?yōu)化計(jì)算去改善場(chǎng)分布均勻性,導(dǎo)致產(chǎn)生均勻微波場(chǎng)的計(jì)算復(fù)雜度高和靈活性差,制約著均勻微波場(chǎng)的實(shí)際應(yīng)用。因此,對(duì)均勻微波場(chǎng)幅度一致性破壞機(jī)理進(jìn)行研究具有重要意義和價(jià)值。本文提出了基于時(shí)間反演到達(dá)場(chǎng)的均勻微波場(chǎng)產(chǎn)生方法,仿真實(shí)現(xiàn)了一維直線型均勻微波場(chǎng)。本文結(jié)合時(shí)間反演到達(dá)場(chǎng)理論重點(diǎn)分析了破壞均勻微波場(chǎng)幅度一致性的機(jī)理,并研究了提升均勻微波場(chǎng)幅度一致性方法,為均勻微波場(chǎng)的研究、設(shè)計(jì)及其物理產(chǎn)生提供理論與技術(shù)支撐。本文的主要研究工作如下:首先,聯(lián)合時(shí)間反演聚焦理論和到達(dá)場(chǎng)理論,提出一種基于時(shí)間反演到達(dá)場(chǎng)合成產(chǎn)生均勻微波場(chǎng)的方法,建立了一維直線型均勻微波場(chǎng)的數(shù)學(xué)分析模型,并利用MATLAB軟件進(jìn)行了數(shù)值仿真驗(yàn)證;然后,設(shè)計(jì)了目標(biāo)場(chǎng)源探測(cè)天線和不同的TRM陣單元,構(gòu)建了直線型均勻微波場(chǎng)模型。通過(guò)CST進(jìn)行電磁仿真,驗(yàn)證了基于時(shí)間反演到達(dá)場(chǎng)的均勻微波場(chǎng)綜合方法的可行性,并分析了合成的目標(biāo)均勻場(chǎng)在軸線處的分布特征;其次,研究了TRM排布方式、TR單元數(shù)量、寬度調(diào)控因子s、波譜缺失、相位偏差等因素對(duì)合成均勻場(chǎng)分布的影響以及物理機(jī)制。對(duì)比分析了TR單元非等角度排布,展示了波數(shù)為等間隔采樣的均勻場(chǎng)產(chǎn)生模型優(yōu)勢(shì);寬度調(diào)控因子影響的是均勻場(chǎng)的波譜主瓣,從而影響合成均勻場(chǎng)的寬度。只需改變調(diào)控因子s就能實(shí)現(xiàn)對(duì)均勻場(chǎng)寬度的調(diào)控,無(wú)需改變模型結(jié)構(gòu),展現(xiàn)出該方法的方便快捷;位于波普中間部分的譜缺失嚴(yán)重影響合成均勻場(chǎng)的紋波和旁瓣;通過(guò)饋入不同的TR回傳信號(hào)相位偏差,研究其對(duì)產(chǎn)生均勻場(chǎng)的影響。最后,針對(duì)如何提高均勻微波場(chǎng)幅度一致性的問(wèn)題,提出了雙點(diǎn)探測(cè)法和單純形算法幅值優(yōu)化的兩種方法,并經(jīng)過(guò)CST仿真驗(yàn)證了方法的有效性。
【圖文】：

在TR信號(hào)回傳時(shí)便能實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)、選擇性、綠色安全、高能效地?zé)o線輸能，如圖1-1所示。隨著對(duì)TR技術(shù)在不同領(lǐng)域應(yīng)用的深入挖掘，學(xué)者們?cè)桨l(fā)明晰其在電磁波傳播和控制空間場(chǎng)分布方面的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)和廣泛應(yīng)用前景。(a) (b)圖 1-1 賦形電磁場(chǎng)及無(wú)線輸能[25](a) “T”字形賦形電磁場(chǎng); (b) “T”字形賦形區(qū)無(wú)線輸能綜合上面對(duì)控制電磁波的傳播與空間場(chǎng)分布的幾種主要方法來(lái)看，天線以及天線陣雖然能控制波的傳播方向，但實(shí)現(xiàn)空間場(chǎng)分布的控制十分困難；而電磁超材料雖然自身有諸多新奇物理特性，，但是由于其本身存在的缺點(diǎn)限制了在空間場(chǎng)調(diào)控的能力與應(yīng)用；相比之下，時(shí)間反演以本身時(shí)間-空間同步聚焦、超分辨率以及自適應(yīng)定位等特征，使其能夠更靈活有效地用于控制空間電磁分布。均勻微波場(chǎng)的產(chǎn)生除了上述的操縱電磁波方法外，還應(yīng)有相關(guān)理論作為依據(jù)。聚焦場(chǎng)疊加(FocusingFieldSuperposition，F(xiàn)FS)，聚焦場(chǎng)可以看作一個(gè)點(diǎn)源場(chǎng)，點(diǎn)源場(chǎng)作為基本場(chǎng)，通過(guò)線性疊加可以形成任意場(chǎng)。利用時(shí)間反演技術(shù)[26,27]可以控制電磁波實(shí)現(xiàn)點(diǎn)聚焦場(chǎng)，其中時(shí)間反演從數(shù)學(xué)上來(lái)講，就是對(duì)信號(hào)進(jìn)行時(shí)域上的時(shí)

[46-49]，如圖1-3(a)由不同數(shù)目的無(wú)限長(zhǎng)線電流元組成的線陣綜合出的準(zhǔn)平面波場(chǎng)的幅度和相位。文獻(xiàn)[49]利用平面波譜的傅里葉變換和反傅里葉變換并結(jié)合優(yōu)化算法優(yōu)化反射陣列天線口徑的相位實(shí)現(xiàn)平面波的綜合，靜區(qū)場(chǎng)幅值分布如圖1-3(b)所示。上述波場(chǎng)綜合中所提到的各種方法由于本身合成的場(chǎng)誤差偏高，人們往往關(guān)注全局或局部?jī)?yōu)化算法優(yōu)化，導(dǎo)致計(jì)算量和代價(jià)大幅增加，缺少對(duì)引起合成目標(biāo)場(chǎng)幅度不均勻性的研究與分析。(a) (b)圖 1-3 準(zhǔn)平面波場(chǎng) (a)準(zhǔn)平面波場(chǎng)的幅度和相位[46]；(b)靜區(qū)場(chǎng)幅值[49]
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：O441.4

【參考文獻(xiàn)】

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1 許秀娟;基于軟件無(wú)線電平臺(tái)的聚焦無(wú)線通信關(guān)鍵技術(shù)研究[D];電子科技大學(xué);2018年

2 邵嚴(yán)鋒;基于角譜法的高頻聲場(chǎng)重建及其可視化技術(shù)研究[D];浙江大學(xué);2010年

本文編號(hào)：2644620