[发明专利]基于远场平面扫描的毫米波辐射器近场辐射剂量测量方法

说明书

一种基于远场平面扫描的毫米波辐射器近场辐射剂量测量方法，主要解决现有毫米波辐射器近场辐射剂量测量的精度低和效率低的问题。本发明测量并计算位于远场的扫描平面上的电场复振幅的分布，通过傅里叶逆变换，将远场的电场复振幅变换为平面波谱，将近场剂量空间分解为各个近场平面，通过傅里叶变换，将平面波谱变换为各个近场平面上的电场复振幅和磁场复振幅，并计算出功率流密度。本发明方法通过在位于远场的扫描平面上测量功率，并由此计算出毫米波辐射器的近场辐射剂量，和现有的直接测量方法相比，本发明在测量精度和测量效率方面均有所提高。

技术领域

本发明属于电磁场测量技术领域，特别涉及一种基于远场平面扫描的毫米波辐射器近场辐射剂量测量方法。本发明可以应用于毫米波辐射器近场区域中对电场、磁场、功率流密度的实验测量。

背景技术

毫米波广泛应用于医学和生物学研究。在医学应用中，毫米波传统上用于加速手术后伤口的愈合、防止感染、抑制疤痕形成并激活免疫系统，毫米波的最新用途包括诊断皮肤癌和缓解疼痛。在生物学应用中，典型例子是用毫米波对离体培养的上皮细胞和角膜细胞做辐射实验，将细胞样品放置在距离毫米波辐射器几个波长以内的区域接受辐射。以上应用都需要获得毫米波辐射器的近场辐射剂量，用于量化各类医学和生物学效应。

厦门大学在其申请的专利文献“微波毫米波三维近场数据采集与成像系统”(申请号CN201811147092.0，公开号CN109085585A)中公开了一种直接测量毫米波三维近场数据的方法。该方法将测量探头的输出端口与毫米波辐射器的输入端口连接到矢量网络分析仪上，用金属支架固定测量探头，用三轴运动控制器移动毫米波辐射器，矢量网络分析仪和三轴运动控制器与控制电脑相连，控制电脑设置扫描区域、步进距离、频点等参数，精确地控制移动毫米波辐射器，获得探头的采样点，矢量网络分析仪在扫描点采集不同模式、不同频点的场的幅度与相位，传输给控制电脑，控制电脑负责处理、显示和保存数据，完成对毫米波辐射器的三维近场测量。该方法存在的不足之处是：一、在毫米波辐射器的近场剂量空间，电场、磁场或功率流密度随位置的变化非常明显，直接测量的数据是测量探头耦合范围内不同的电场综合结果、不同的磁场综合结果或不同的功率流密度综合结果，不反映测量点如探头中心的精确值。二、在毫米波辐射器近场剂量空间，测量探头和毫米波辐射器之间存在波的多重反射，测量探头位置既有入射波，也有多重反射波，无法单独测量入射波的电场、磁场或功率流密度。三、在毫米波辐射器近场剂量空间，三维测量的采样点很多，测量工作量很大，测量时间过长时，不同采样点的测量数据的可比性受到毫米波辐射器输出功率稳定度的影响。四、电场、磁场和功率流密度需要用不同的测量探头分别测量，操作繁琐。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种基于远场平面扫描的毫米波辐射器近场剂量测量方法。用于解决现有测量方法存在测量数据不反映测量点精确值、波的多重反射、毫米波辐射器输出功率对测量数据的影响和频繁更换测量探头的问题。

实现本发明目的的思路是：在位于毫米波辐射器远场的扫描平面上测量各个采样点的电场振幅，根据毫米波辐射器的相位中心计算采样点的电场相位，合成电场复振幅的样本。对扫描平面上所有的样本做傅里叶逆变换，得到平面波谱，即将入射波分解为沿不同方向传播的各个平面波。将毫米波辐射器近场剂量空间分解为一组近场平面，在每个近场平面上对平面波谱做傅里叶变换，实现各个平面波的相位修正和叠加，得到该近场平面上的电场、磁场和功率流密度分布。所有近场平面上的电场、磁场和功率流密度分布合成为毫米波辐射器近场剂量空间的辐射剂量。

实现本发明目的的具体步骤如下：

(1)确定扫描平面：

(1a)以毫米波辐射器口径面中心点为坐标原点，建立一个三维直角坐标系，x轴在毫米波辐射器的E面，y轴在毫米波辐射器的H面，毫米波辐射器的主辐射方向为z轴；