[发明专利]一种等离子体复介电常数瞬态微波反射测量方法及装置

权利要求书

1.一种等离子体复介电常数瞬态微波反射测量装置，包括信号源、对消分机、接收机、工控机、透镜、喇叭天线、激波管及两个微波暗室；其特征在于，所述喇叭天线与透镜设置于第一微波暗室中，所述信号源输出信号经过对消分机激励喇叭天线发射微波，所述微波经过透镜作用于激波管内等离子体；所述等离子体部分透射、部分反射，所述透射波进入第二微波暗室、并被吸收；所述反射波沿原路径返回被喇叭天线接收、并经过对消分机到达接收机，所述工控机对接收机信号进行测量及数据处理、并输出等离子体复介电常数；

所述测量装置的测量方法，包括以下步骤：

步骤1：打开信号源，将第一微波暗室的窗口采用吸波材料遮挡，调节对消分机的衰减器移相器使接收机的接收信号趋于噪声，测量并记录此时接收信号，记为E1*；

步骤2：保持信号源及对消分机状态不变，取掉吸波材料，进行等离子体瞬态实验并记录接收机接收信号，得到离散接收信号data：

data＝[data(1),data(2),data(3),...,data(T)]

其中，T为采样点总数：T＝M×N，N为预设单次处理时间段内采样点数，M为单次处理时间段的数量；

步骤3：对上述离散接收信号进行校准，得到激波管壁的反射系数Γ₁(n)：

步骤4：基于激波管壁的反射系数Γ₁(n)，计算出等离子体复介电常数：

根据激波管壁的反射系数Γ₁(n)构建目标函数：

其中，a为等离子体介电常数初始值、c为损耗初始值、b为等离子体介电常数变化率、e为损耗变化率，Δε′_r为预设介电常数变化率的量纲，Δε″_r为预设损耗变化率的量纲；

Z_in4＝η₀，

其中，η₀代表空气的特性阻抗，η_T代表激波管壁的特性阻抗，η_p代表等离子体的特性阻抗：k₀是电磁波在自由空间的波数，ε_T为激波管壁的介电常数，ε_r为等离子体的复介电常数，d₁为激波管壁的厚度，d₂为等离子体厚度；

初始化等离子体介电常数初始值a₁＝1、损耗初始值c₁＝0，令目标函数F取最小值，解出等离子体介电常数变化率b₁与损耗变化率e₁；根据更新公式：

a_m＝a_m-1+b_m-1Δε′_r，c_m＝c_m-1+e_m-1Δε″_r

更新等离子体介电常数初始值和损耗初始值，令目标函数F取最小值，解出等离子体介电常数变化率与损耗变化率，直至得到第M段单次处理时间段的等离子体介电常数初始值a_M、损耗初始值c_M、等离子体介电常数变化率b_M及损耗变化率e_M，则得到等离子体复介电常数。