一种高功率毫米波场分布的确定方法和系统

技术领域

本发明属于微波技术领域，具体涉及一种高功率毫米波场分布的确定方法和系统。

背景技术

电子回旋共振加热系统中，电子回旋波由回旋管产生，并需要通过传输线远距离传输至负载处。若电子回旋波的模式纯度不高，传输线内将有较高的功率损耗，严重时会致使传输线内发生打火，系统无法正常稳定工作。通过系统中实际的电子回旋波的场分布，可准确地分析出电子回旋波的模式成分信息，判定系统的状态。电子回旋波是一种高功率毫米波，高功率毫米波的场分布不能直接测量得到，因此研究一种能够准确得到高功率毫米波的场分布的技术显得尤为重要。

目前，当高功率毫米波系统中需要利用高功率毫米波的场分布进行精确计算时，通常采用理论的场分布进行计算，这会导致计算结果与实际结果之间存在偏差，从而影响系统运行稳定性和可靠性。另外，为了分析系统的运行状态，一般使用热敏纸接受高功率毫米波的作用，然后通过热敏纸上被高功率毫米波烧蚀的痕迹定性的判断系统中高功率毫米波的模式成分信息，这种方法不能得到高功率毫米波的相位信息，因此也不能得到场分布。

发明内容

为了解决现有技术无法准确确定高功率毫米波的场分布，从而影响系统运行稳定性和可靠性的问题，本发明提供了一种高功率毫米波场分布的确定方法和系统，本发明基于高功率毫米波的实际强度反演出其相位，准确得到高功率毫米波的场分布，从而为准确可靠地分析高功率毫米波系统运行状态提供数据支撑和技术支撑。

本发明通过下述技术方案实现：

一种高功率毫米波场分布的确定方法，该方法包括：

根据高功率毫米波的热效应测量得到高功率毫米波传播到自由空间中若干平面位置处的强度；

确定与测量得到的高功率毫米波的强度相对应的初始相位；

基于测量得到的高功率毫米波的强度以及初始相位，采用平面波传播函数迭代反演出高功率毫米波的真实相位；

根据迭代反演得到的高功率毫米波的真实相位以及测量得到的高功率毫米波的强度，确定功率毫米波的场分布。

现有利用理论的场分布进行高功率毫米波系统计算的方式，导致计算结果与实际结果之间存在偏差，影响高功率毫米波系统运行的稳定性和可靠性；同时，现有技术仅能实现系统中高功率毫米波定性分析，不能得到高功率毫米波的场分布。而本发明提出的方法根据高功率毫米波的热效应，测量出高功率毫米波传播到自由空间中若干平面位置处的强度；基于若干平面位置处测量得到的强度与其对应的初始相位，采用平面波传播函数进行迭代反演计算，得到高功率毫米波传播到各平面位置处与测量的强度对应的真实相位，以此确定高功率毫米波的场分布，基于该场分布，能够更加准确地表征出高功率毫米波系统中高功率毫米波的传播特性以及高功率毫米波的模式成分信息，从而能够准确地分析出系统的运行状态，为系统的安全稳定运行提供数据支撑和技术支撑。

作为优选实施方式，本发明的高功率毫米波的强度测量过程具体为：

在若干平面位置处采用靶板接收传播到自由空间中的高功率毫米波；

使用红外测温仪测量得到若干平面位置处的靶板表面的温度信息；

根据若干平面位置处的靶板表面的温度信息得到若干平面位置处的高功率毫米波的强度。

作为优选实施方式，本发明的靶板采用纸质靶板或塑料靶板。

作为优选实施方式，本发明的迭代反演过程具体包括：

根据第一平面位置处测量得到的高功率毫米波的强度与其对应的初始相位，计算得到初始场分布；

根据平面波传播函数，基于所述初始场分布计算得到高功率毫米波在第二平面位置处的第一次场分布；

根据第二平面位置处的第一次场分布，反演计算得到高功率毫米波在第二平面位置处的第一次相位和第一次强度；

采用高功率毫米波在第二平面位置处测量得到的强度以及计算得到的第一次相位，计算得到高功率毫米波在第二平面位置处的新场分布；

基于高功率毫米波在第二平面位置处的新场分布进行传播，以此类推，计算得到高功率毫米波在第n平面位置处的新场分布；其中n为大于等于2的整数；

将高功率毫米波从第n平面位置传播到第一平面位置，依次循环传播直到高功率毫米波在各平面位置处测量的强度与计算得到的强度之间的偏差不再随迭代次数增加而变化时，迭代反演计算结束，此时高功率毫米波在各平面位置处计算得到的相位即为高功率毫米波传播到各平面位置处的真实相位；

所述第一平面位置至第n平面位置为沿高功率毫米波传播方向顺序设置的垂直于高功率毫米波传播方向的若干平面所在位置。

作为优选实施方式，本发明的场分布计算方式为：

其中，U(x，y，z

作为优选实施方式，本发明的平面传播函数采用傅里叶积分形式。

作为优选实施方式，本发明的偏差计算方式为：

其中，e

作为优选实施方式，本发明的方法还包括：

根据一平面位置处的高功率毫米波的场分布，结合平面波传播函数能够计算得到高功率毫米波传播到任意平面位置的场分布：

其中，

作为优选实施方式，本发明的方法还包括：

根据高功率毫米波的场分布，分析高功率毫米波的传播特性以及高功率毫米波的模式成分信息。

另一方面，本发明还提出了一种高功率毫米波场分布的确定系统，包括：

测量单元，所述测量单元用于根据高功率毫米波的热效应测量得到高功率毫米波传播到自由空间中若干平面位置处的强度；

初始化单元，所述初始化单元用于确定与测量得到的高功率毫米波的强度相对应的初始相位；

迭代反演单元，所述迭代反演单元基于测量得到的高功率毫米波的强度以及初始相位，采用平面波传播函数迭代反演出高功率毫米波的真实相位；

以及确定单元，所述确定单元根据迭代反演得到的高功率毫米波的真实相位以及测量得到的高功率毫米波的强度，确定高功率毫米波的场分布。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

本发明基于高功率毫米波的实际强度(即测量强度)反演得到其真实相位，进而快速准确得到高功率毫米波的场分布，其能够更加准确地表征出高功率毫米波系统中高功率毫米波的传播特性以及高功率毫米波的模式成分信息，为系统运行状态分析提供更加准确可靠的数据支撑，提高了系统运行的稳定性和安全性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明实施例的方法流程示意图；

图2为本发明实施例的自由空间中高功率毫米波强度测量示意图；

图3为本发明实施例的迭代反演计算过程示意图；

图4为本发明实施例的系统原理框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

现有通常采用理论的场分布来计算高功率毫米波系统运行状态，这会导致计算结果与实际结果存在偏差，从而影响系统运行稳定性和可靠性；此外，现有技术只能定性地对系统中的模式成分信息进行分析，仍然无法准确得到场分布，从而无法对系统进行更加准确可靠的定量分析。针对此，本实施例提出了一种高功率毫米波场分布的确定方法，本实施例提出的方法基于多个平面位置处测量得到的高功率毫米波的强度，采用平面波传播方程进行迭代反演计算，得到高功率毫米波传播到各平面位置处与测量强度对应的真实相位，根据真实相位确定高功率毫米波的场分布，从而可基于该高功率毫米波的场分布，能够更加准确地表征出高功率毫米波系统中高功率毫米波的传播特性以及高功率毫米波的模式成分信息，进一步准确地分析出系统的运行状态，为系统的安全稳定运行提供技术支撑。

具体如图1所示，本实施例提出的方法包括以下步骤：

步骤1，根据高功率毫米波的热效应测量得到高功率毫米波传播到自由空间中若干平面位置处的强度；

步骤2，确定与测量得到的高功率毫米波的强度相对应的初始相位；

步骤3，基于测量得到的高功率毫米波的强度以及初始相位，采用平面波传播函数迭代反演出高功率毫米波的真实相位；

步骤4，根据迭代反演得到的高功率毫米波的真实相位以及测量得到的高功率毫米波的强度，确定高功率毫米波的场分布。

具体的，如图2-3所示，采用纸质或塑料靶板接收传播到自由空间中的高功率毫米波，并使用红外测温仪测量得到n(n≥2)个平面位置(即图中位置1至位置n)的靶板表面的温度信息，进而得到n(n≥2)个平面位置处的高功率毫米波的强度，将这些平面位置的强度定义为I(x,y,z

根据各个平面位置测量得到的高功率毫米波强度为I(x,y,z

对于第一平面位置(即位置1，或初始平面位置)，根据测量得到的高功率毫米波强度I(x,y,z

根据传播函数，高功率毫米波从第一平面位置(即位置1)传播到第二平面位置(即位置2)，可得到第二平面位置(即位置2)的第一次场分布计算结果：

其中，

高功率毫米波在第二平面位置(即位置2)的第一次相位与强度计算结果满足：

其中，Arg为求任意复函数相位的函数；

采用第二平面位置(即位置2)的高功率毫米波强度测量结果I(x,y,z

然后，基于第二平面位置的新场分布进行传播，以此类推，可以得到高功率毫米波在第n平面位置处的新场分布：

再将高功率毫米波从第n平面位置传播到第一平面位置；依次循环传播直到各平面位置处的高功率毫米波测量强度与计算强度之间的偏差不再随迭代次数m增加而变化时(即各平面位置处的偏差均达到预期，稳定)，表明迭代反演计算结束，此时高功率毫米波传播到各平面位置的真实相位为P

根据迭代反演计算得到的高功率毫米波传播到各平面位置的真实相位P

优选的，自由空间中平面波的传播函数采用傅里叶积分形式，便于快速地进行多次的反演迭代计算。

进一步的，根据第i平面位置处的高功率毫米波的场分布，结合平面波传播函数可计算出任意位置的高功率毫米波的场分布：

具体的，该任意位置的高功率毫米波的场分布可表示为：

其中，U(x,y,z)为空间任意z位置的高功率毫米波的场分布，U(x,y,0)为空间初始位置的高功率毫米波的场分布，F表示傅里叶变换算子，F

本实施例提出的方法根据高功率毫米波的热效应，测量得到高功率毫米波传播到自由空间中若干平面位置处的强度；根据若干平面位置处测量得到的高功率毫米波的强度以及相应的初始相位，采用平面波传播函数进行迭代反演计算，得到高功率毫米波传播到各平面位置处与测量得到的强度对应的真实相位，以此能够快速准确地确定高功率毫米波的场分布。

根据本实施例提出的上述方法得到的高功率毫米波的场分布，能够更加准确可靠地表征出高功率毫米波系统中高功率毫米波的传播特性以及高功率毫米波的模式成分信息，进而可准确地分析出系统的运行状态，为系统安全稳定地运行提供技术支撑。

基于相同的技术构思，本实施例还提出了一种高功率毫米波场分布的确定系统，具体如图4所示，该系统包括：

测量单元，该测量单元用于根据高功率毫米波的热效应测量得到高功率毫米波传播到自由空间中若干平面位置处的强度；

初始化单元，该初始化单元用于确定与测量得到的高功率毫米波的强度相对应的初始相位；

迭代反演单元，该迭代反演单元基于测量得到的高功率毫米波的强度以及初始相位，采用平面波传播函数迭代反演出高功率毫米波的真实相位；

确定单元，根据迭代反演得到的高功率毫米波的真实相位以及测量得到的高功率毫米波的强度，确定高功率毫米波的场分布并输出。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。