小型无线场强探测传感器研究

近年来,微波加热因其高效性和清洁无污染等优点广泛应用于各个领域。然而,微波加热的不均匀性限制了微波作为高效加热能源的应用。通过测量和分析加热腔中的电场分布情况可以帮助设计人员改进微波加热腔体设计,提高微波加热的均匀性。现有的场强测量设备均为有线设备,应用场景极为有限。因此,本文提出了一种由探头、接收机和上位机三部分组成的无线场强探测传感器。介绍了无线场强探测传感器的结构和原理,采用横电磁波小室进行校准。通过一系列测量实验表明实测值与标准场强仪测量值一致性较好,可满足工程测量需求。     

基于电磁超材料的微波单向传输圆波导设计

微波隔离器是微波系统中不可或缺的器件,常见的隔离器都采用了铁氧体旋磁材料配合吸收负载实现电磁波的单向传输。这种器件虽然可以使电磁波单向传输,但是并不能改善能量的浪费问题,还增加了系统的复杂度。针对上述问题,本文基于电磁超材料设计了一种微波单向传输的圆波导,使用波导内壁涂覆折射率逐渐变化的材料来影响电磁波的传输特性,从而实现电磁波单向传输。本文给出了微波单向传输的电磁计算模型和超材料结构及属性,并通过简化这种超材料使其易于实现;最后通过电磁仿真分析了这种材料的电磁特性并给出了这种材料的实现方法。     

微波频率与功率对微波等离子体参数的影响

本文研究了微波功率和微波频率对等离子体参数,如电子密度、电子温度、气体温度以及火焰长度的影响。对等离子体的多物理场数值仿真是在基于有限元法的COMSOL Multiphysics中进行的。计算结果显示,等离子体电子密度、电子温度、气体温度都会随着输入微波功率的增大而增大;2450 MHz的微波等离子体相比于915 MHz的微波等离子体,具有更好的性能。同时,本文对不同输入功率下等离子体火焰长度进行了实验测量,结果显示输入功率对火焰长度仅有很微弱的影响。     

智能膜开关尺寸与孔径的匹配性对膜响应性能的影响规律

智能膜的响应性能是其主要性能之一。本文借助计算流体力学(CFD)模拟,以孔壁排布有聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)智能微球的单直膜孔为模型,定量系统地考察了智能微球的响应倍数以及微球尺寸与膜孔径的匹配性对膜温度响应性能的影响规律,并通过实验验证了模拟结果的可靠性。CFD模拟结果表明,当智能开关与膜孔径的相对比值一定时,温度响应开关系数随着微球响应倍数的减小而逐渐增大。当相对比值小于0.4时,实测的温度响应开关系数与固载量100%的模拟结果相吻合;而当相对比值大于0.4时,其与固载量为67%的模拟结果相吻合。通常当相对比值在0.4~0.65之间时,智能膜可以同时获得良好的温度响应性能和稳定的渗透性能。该研究结果可望为设计和制备高性能智能膜提供理论指导和实验基础。     

一种销钉波导的分析方法

为了解决销钉波导端口阻抗参数计算复杂问题,采用一种新的分析方法,建立单销钉波导等效电路模型,利用级联规律,在分析三销钉波导时,把3个单销钉的等效电路级联起来进行分析,从电路角度解决销钉波导问题。把通过HFSS电磁仿真软件计算的销钉波导端口的阻抗参数与通过等效电路计算的销钉波导端口阻抗参数进行对比,两者结果一致。验证了该销钉波导等效电路的正确性以及这种销钉波导的分析方法的有效性。     

微波技术在大脑深层信息探测的应用研究进展

微波技术对大脑信息进行探测正处于发展时期,目前正逐渐走向成熟,现已用于实体的检测与操作中。通过联合超声波、核磁等方法,完善了微波信息探测体系,增强了微波信息探测的效率。本文基于对大脑深层信息探测的3种微波技术以及现有微波探测技术中存在的问题进行总结,并对微波技术未来在大脑信息探测上的应用进行展望。通过对3种不同微波探测应用的分析,发现微波技术对大脑的探测具有巨大的潜力。这些应用可以有效地为脑部组织或人体其他组织的病态检查提供解决方案。同时,通过与人工智能结合,微波技术还可用于脑部的远程监测或身体的其他部位的远程监测中。     

一种基于神经网络的复介电常数测量装置

物质的复介电常数反映了物质对微波的吸收和透射能力,为了提高微波工业应用中能量的利用效率,能准确测量物质的介电常数就显得尤为重要。本文设计了一种在2.45 GHz下的单端口圆柱腔体测量装置,内置聚四氟乙烯容器放置待测物质,避免化学溶液与腔体的金属发生反应影响测量准确性。使用圆形贴片天线向腔体内馈波,提高物质吸收微波的均匀性;利用单端口的反射参数,使用神经网络对复介电常数进行反演;使用双分支神经网络分别提取介电常数实部和损耗角正切值的特征,改善神经网络的训练效果,提高结果准确度,测试结果表明最大误差不超过10%,反演结果与实际值一致性较好。     

微波强化Y型分子筛离子交换技术

近年来,随着微波技术的快速发展,微波能作为一种高效的清洁能源已在化工合成、工业催化、生物制药、食品加工等众多领域广泛应用。尤其是在化工合成领域,微波技术的应用展现出了高效加热、易于控制、安全环保的优势。采用微波辅助技术对NaNH₄Y分子筛与稀土溶液热压离子交换反应进行研究,进一步开发出了无须经高温焙烧工序短流程工艺制备稀土Y分子筛的工艺技术。相比于分子筛传统工业制备技术,大大缩短了制备工艺流程,极大提高了分子筛离子交换改性生产效率并降低了生产能耗。开发的新工艺技术制备的稀土Y分子筛,主要物化性质参数满足工业生产同类型分子筛产品工艺质量指标要求,且制备的分子筛催化剂活性稳定性均不低于传统工业生产分子筛催化剂。新工艺方法对优化催化裂化分子筛工业生产和实现分子筛的短流程工业制备具有重要指导意义。     

基于缝隙波导的多频微波加热研究

微波因其高效、绿色无污染等优点在加热领域应用广泛,但加热均匀性差限制了它的进一步发展。本文基于波导缝隙天线理论和磁控管的非线性响应特性,设计了一个以波导缝隙阵列天线为辐射器的加热系统。利用磁控管的非线性响应特性输出多个频率的微波以丰富电磁场的模式,设计了基于横向缝隙波导和纵向缝隙波导的两种辐射器,建立了微波加热的多物理场模型,以模拟多个频率的微波通过缝隙波导加热物体的效果,并分析了不同参数如缝隙、频差等对加热均匀性及效率的影响。     

基于传输反射法的等离子体相对复介电系数测量

为解决微波激发等离子体参数诊断存在的困难问题,提出利用二端口传输反射法测量微波激励产生的低温等离子体的等效相对复介电系数。使用有限元方法设计了基于BJ22标准波导的样品测试结构,该结构能在较大的介电系数范围内,保证介电系数和端口的|S11|,φS11和|S21|参数保持较好的单调性,避免产生多值问题;通过人工神经网络对计算获得的各介电系数对应的S参数进行训练,达到足够的精确度;最后通过实验,将测量获得的S参数利用神经网络反演获得待测物质的相对复介电系数。该方法对今后测量类似等离子体、复介电系数实部为负的特殊材料的介电常数具有一定的指导意义。