CN110632671B

CN110632671B - 基于金属介质金属波导的微波探测器及系统

Info

Publication number: CN110632671B
Application number: CN201910894358.6A
Authority: CN
Inventors: 解宜原; 宋婷婷; 叶逸琛; 刘波成; 朱云超; 于梦梦; 柴俊雄
Original assignee: Southwest University
Current assignee: Southwest University
Priority date: 2019-09-20
Filing date: 2019-09-20
Publication date: 2020-10-30
Anticipated expiration: 2039-09-20
Also published as: CN110632671A

Abstract

本发明涉及一种基于金属介质金属波导的微波探测器及系统，具体涉及微波测量领域，本申请通过在第一金属和第二金属之间形成的喇叭口的小口处设置传感介质，并且由于该传感介质可以将微波转换为热量，并受热膨胀，则当微波照射到该第一金属和第二金属的喇叭口大口的位置时，该微波会照射到该传感介质上，使得该介质层将接受到的微波转化为热量，并将产生的热量进行吸收，使得传感介质体积发生膨胀，并且由于传感介质、第一金属的一条边和第二金属的一条边形成的平面与第三金属平行，且第一金属的一条边和第二金属的一条边形成的平面与第三金属之间形成一通道，则当通道内有光子通过时，该传感介质体积发生变化，进而得到该微波准确的波长及频率。

Description

基于金属介质金属波导的微波探测器及系统

技术领域

本发明涉及微波测量领域，具体而言，涉及一种基于金属介质金属波导的微波探测器及系统。

背景技术

微波是指频率为300MHz～3000GHz的电磁波，是无线电波中一个有限频带的简称，即波长在1毫米～10米之间的电磁波，而电磁波是电磁场的一种运动形态。

现有技术中，对微波的测量一般通过将电磁波的时间波形变换成适合于信号处理等的时间波形以测量时间波形的装置和方法，之后通过计算机对转换之后适合于信号处理等的时间波形以测量时间波形进行处理计算。

但是，上述现有技术中对微波波形的转换、处理并计算的过程全程依靠计算机，成本较高。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种基于金属介质金属波导的微波探测器及系统，以解决现有技术中对微波波形的转换、处理并计算的过程全程依靠计算机，成本较高的问题。

为实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供了一种基于金属介质金属波导的微波探测器，微波探测器包括：基底、第一金属、第二金属、第三金属和传感介质；

第一金属、第二金属和第三金属均设置在基底上，并且第一金属和第二金属相对设置，且第一金属和第二金属的两个边之间形成喇叭空腔结构，喇叭空腔结构的小口处设置有传感介质，且传感介质、第一金属的一条边和第二金属的一条边形成的平面与第三金属平行，且第一金属的一条边和第二金属的一条边形成的平面与第三金属之间形成一通道，其中，传感介质用于将微波转换为热量，并受热膨胀。

可选地，该传感介质包括：第一传感介质层和第二传感介质层，第一传感介质层靠近第三金属设置，第二传感介质层远离第三金属设置。

可选地，该第一传感介质层的材料为吸热膨胀材料，其中，吸热膨胀材料吸热膨胀。

可选地，该第二传感介质层的材料为吸波材料。

可选地，该吸波材料为：金、银、钼和碳化硅中任意一种。

可选地，该第一传感介质层还包括：第一突出部和第二突出部，第一突出部和第二突出部均受热膨胀。

可选地，该第一突出部和第二突出部的材料均为膨胀石墨。

可选地，该微波探测器还包括金属膜，金属膜设置在传感介质靠近第三金属的一侧。

第二方面，本发明实施例还提供了一种基于金属介质金属波导的微波探测系统，微波探测系统包括：光源、波导透射测量装置和第一方面任意一项的微波探测器，光源和波导透射测量装置分别设置在微波探测器中通道的两侧。

可选地，该波导透射测量装置包括：光波接收装置和计算机，光波接收装置和计算机通信连接，光波接收装置用于接收从通道中射出的光，计算机用于计算光的透射系数。

本发明的有益效果是：

本申请通过在第一金属和第二金属之间形成的喇叭口的小口处设置传感介质，并且由于该传感介质可以将微波转换为热量，并受热膨胀，则当微波照射到该第一金属和第二金属的喇叭口大口的位置时，该微波会照射到该传感介质上，使得该介质层将接受到的微波转化为热量，并将产生的热量进行吸收，使得该传感介质体积发生膨胀，并且由于该传感介质、第一金属的一条边和第二金属的一条边形成的平面与第三金属平行，且第一金属的一条边和第二金属的一条边形成的平面与第三金属之间形成一通道，则当该通道内有光子通过时，该传感介质体积发生变化，使得该光子在该通道中的透射系数发生改变，通过该光子的透射系数就可以准确的得到该传感介质的体积变化情况，通过该传感介质体积变化情况与吸收热量情况得到该传感介质吸收的热量，进而通过该传感介质吸收的热量的情况与该微波的对应关系，得到该微波准确的波长及频率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明一实施例提供的一种基于金属介质金属波导的微波探测器结构示意图；

图2为本发明一实施例提供的另一种基于金属介质金属波导的微波探测器结构示意图；

图3为本发明一实施例提供的另一种基于金属介质金属波导的微波探测器结构示意图。

图标：10-第一金属；20-第二金属；30-传感介质；31-第一传感介质层；32-第二传感介质层；40-第三金属。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1为本发明一实施例提供的一种基于金属介质金属波导的微波探测器结构示意图，如图1所示，本申请实施例提供了一种基于金属介质金属波导的微波探测器，微波探测器包括：基底、第一金属10、第二金属20、第三金属40和传感介质30；第一金属10、第二金属20和第三金属40均设置在基底上，并且第一金属10和第二金属20相对设置，且第一金属10和第二金属20的两个边之间形成喇叭空腔结构，喇叭空腔结构的小口处设置有传感介质30，且传感介质30、第一金属10的一条边和第二金属20的一条边形成的平面与第三金属40平行，且第一金属10的一条边和第二金属20的一条边形成的平面与第三金属40之间形成一通道，其中，传感介质30用于将微波转换为热量，并受热膨胀。

该第一金属10和第一金属10之间形成喇叭空腔结构，该喇叭空腔结构的形状根据实际情况进行设置，在此不做限定，为了清楚的说明说明，在此以该喇叭空腔结构为“八”字形喇叭进行举例说明，一般的，该喇叭的形状根据该第一金属10和第二金属20逇形状有关，当该喇叭空腔结构的形状为“八”字形喇叭时，该第一金属10和该第二金属20的形状可以为直角梯形结构，并且，该第一金属10的短边与该第二金属20的短边设置在一个水平线上，该第一金属10的长边与该第二金属20的长边设置在一个水平线上，且该第一金属10的长边、第一金属10的短边、第二金属20的长边和第二金属20的短边均与该第三金属40平行设置，该直角梯形的长边靠近该第三金属40的边设置，该直角梯形的短边均远离该第三金属40的边设置，在该第一金属10和第二金属20形成的喇叭空腔结构的小口位置设置有与该第一金属10的长边和第二金属20的长边在一条水平线上的传感介质30，该第一金属10、该传感介质30和该第二金属20均与该第三金属40平行，且该一金属的一条边和第二金属20的一条边形成的平面与第三金属40之间形成一通道，该通道可以使得光子进行通过，由于该传感介质30用于将微波转换为热量，并受热膨胀，当该传感介质30未吸收到微波时，该通道两侧均属于平滑的平面，当光子通过该通道的入光口进入时，在该通道中进行传播，从该通道的出光口进行检测的时候该微波的透射系数，通过该透射系数可以得到该微波准确的波长及频率；当该传感介质30吸收到微波时，该传感介质30将微波转换为热量，并受热体积膨胀，此时有光子进入到该通道中时，由于该通道两侧不平滑，则使得该光子在通道中发生一定的散射，使得从该通道的出光口射出的光的透射系数发生改变，通过该光子的透射系数就可以准确的得到该传感介质30的体积变化情况，通过该传感介质30体积变化情况与吸收热量情况得到该传感介质30吸收的热量，进而通过该传感介质30吸收的热量的情况与该微波的对应关系，得到该微波准确的波长及频率。

需要说明的是，当该传感介质30体积发生变化，使得该光子在该通道中的透射系数发生改变，通过该光子的透射系数就可以准确的得到该传感介质30的体积变化情况，通过该传感介质30体积变化情况与吸收热量情况得到该传感介质30吸收的热量，进而通过该传感介质30吸收的热量的情况与该微波的对应关系，得到该微波准确的波长及频率；该光子的透射系数与该传感介质30的体积变化的对应关系根据实际测量得到，在此不做限定；该传感介质30体积变化情况与吸收热量情况根据该传感介质30的热膨胀系数有关，在此不做限定；该传感介质30吸收的热量的情况与该微波的对应关系根据实际测量得到，在此不做限定。

图2为本发明一实施例提供的另一种基于金属介质金属波导的微波探测器结构示意图，如图2所示，可选地，该喇叭空腔结构可以为下宽上窄的“T”形结构，微波穿透透波材料后，进入该第一金属10和第二金属20之间形成的谐振腔，谐振腔的左右内壁上可以设有吸波材料，吸波材料上设有贵金属薄膜，吸波材料吸收微波后，热膨胀层膨胀，使得谐振腔的的宽度变窄，共振波长红移，进而就可以通过共振波长得到该微波的波长及频率。

图3为本发明一实施例提供的另一种基于金属介质金属波导的微波探测器结构示意图，如图3所示，可选地，该传感介质30包括：第一传感介质层31和第二传感介质层32，第一传感介质层31靠近第三金属40设置，第二传感介质层32远离第三金属40设置。

可选地，该第一传感介质层31的材料为吸热膨胀材料，其中，吸热膨胀材料吸热膨胀。

可选地，该第二传感介质层32的材料为吸波材料。

该传感介质30的第一传感介质层31靠近该第三金属40设置，且该第一传感介质层31为吸热膨胀材料构成，该吸热膨胀材料在周围热量高于本身热量的时候，将周围热量进行吸收，并且体积随着吸收热量的增加而变大，该吸热膨胀材料的具体材料根据实际需要进行选择，在此不做限定，该第二传感介质层32远离该第三金属40设置，该第二传感介质层32由微波材料组成，用于吸收微波，并将微波转化为热量，由于该第一传感介质层31靠近第三金属40，该第二传感介质层32远离该第三金属40，则该第二传感介质层32将微波转化为热量之后，该第二传感介质层32的温度升高，并将产生的热量传输给该第一传感介质层31，该第一传感介质层31根据吸收的热量的增多，而体积增加。

可选地，该吸波材料为：金、银、钼和碳化硅中任意一种。

由于金属和碳化硅军具有良好的吸波特性，则可以将该第二传感介质层32设置为由金、银、钼和碳化硅中任意一种材料组成的，在此不做具体限定。

可选地，第一传感介质层31还包括：第一突出部和第二突出部(图中未示出)，第一突出部和第二突出部均受热膨胀。

为了使得该第一传感介质层31的体积变化更为明显，则可以在该第一传感介质层31靠近第三金属40的位置设置两个突出部，分布为第一突出部和第二突出部，当该第一传感介质层31吸收热量膨胀时，该第一突出部和第二突出部也发生膨胀，在该第一突出部和该第二突出部之间形成一个谐振腔，光子在该谐振腔中进行传播，使得该光子的透射系数的改变更大，增加了该装置对微波探测的准确性，增加了探测微波的精度；需要说明的是，该第一突出部和第二突出部的体积根据实际情况进行设定，在此不做具体限定，该第一突出部和第二突出部的膨胀系数根据实际需要进行选择，在此不做限定。

可选地，第一突出部和第二突出部的材料均为膨胀石墨。

由于膨胀石墨具有良好的吸热膨胀特性，则可以将第一突出部和第二突出部的材料设置为膨胀石墨。

可选地，微波探测器还包括金属膜(图中未示出)，金属膜设置在传感介质30靠近第三金属40的一侧。

为了防止在该通道中传播的光子通过该传感介质30时发生损耗，则可以在该微波探测器还包括金属膜，且金属膜设置在传感介质30靠近第三金属40的一侧，防止光通过该传感介质30时发生光的损耗。

本申请通过在第一金属10和第二金属20之间形成的喇叭口的小口处设置传感介质30，并且由于该传感介质30可以将微波转换为热量，并受热膨胀，则当微波照射到该第一金属10和第二金属20的喇叭口大口的位置时，该微波会照射到该传感介质30上，使得该介质层将接受到的微波转化为热量，并将产生的热量进行吸收，使得该传感介质30体积发生膨胀，并且由于该传感介质30、第一金属10的一条边和第二金属20的一条边形成的平面与第三金属40平行，且第一金属10的一条边和第二金属20的一条边形成的平面与第三金属40之间形成一通道，则当该通道内有光子通过时，该传感介质30体积发生变化，使得该光子在该通道中的透射系数发生改变，通过该光子的透射系数就可以准确的得到该传感介质30的体积变化情况，通过该传感介质30体积变化情况与吸收热量情况得到该传感介质30吸收的热量，进而通过该传感介质30吸收的热量的情况与该微波的对应关系，得到该微波准确的波长及频率。

本申请实施例还提供了一种基于金属介质金属波导的微波探测系统，微波探测系统包括：光源、波导透射测量装置和上述任意一项的微波探测器，光源和波导透射测量装置分别设置在微波探测器中通道的两侧。

可选地，波导透射测量装置包括：光波接收装置和计算机，光波接收装置和计算机通信连接，光波接收装置用于接收从通道中射出的光，计算机用于计算光的透射系数。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种基于金属介质金属波导的微波探测器，其特征在于，所述微波探测器包括：基底、第一金属、第二金属、第三金属和传感介质；

所述第一金属、所述第二金属和所述第三金属均设置在所述基底上，并且所述第一金属和所述第二金属相对设置，且所述第一金属和所述第二金属的两个边之间形成喇叭空腔结构，所述喇叭空腔结构的小口处设置有所述传感介质，且所述传感介质、所述第一金属的一条边和所述第二金属的一条边形成的平面与所述第三金属平行，且所述第一金属的一条边和所述第二金属的一条边形成的平面与所述第三金属之间形成一通道，其中，所述传感介质用于将微波转换为热量，并受热膨胀；

所述传感介质包括：第一传感介质层和第二传感介质层，所述第一传感介质层靠近所述第三金属设置，所述第二传感介质层远离所述第三金属设置；所述第一传感介质层的材料为吸热膨胀材料，其中，所述吸热膨胀材料吸热膨胀；所述第二传感介质层的材料为吸波材料。

2.根据权利要求1所述的基于金属介质金属波导的微波探测器，其特征在于，所述吸波材料为：金、银、钼和碳化硅中任意一种。

3.根据权利要求1所述的基于金属介质金属波导的微波探测器，其特征在于，所述第一传感介质层还包括：第一突出部和第二突出部，所述第一突出部和第二突出部均受热膨胀。

4.根据权利要求3所述的基于金属介质金属波导的微波探测器，其特征在于，所述第一突出部和所述第二突出部的材料均为膨胀石墨。

5.根据权利要求1所述的基于金属介质金属波导的微波探测器，其特征在于，所述微波探测器还包括金属膜，所述金属膜设置在所述传感介质靠近所述第三金属的一侧。

6.一种基于金属介质金属波导的微波探测系统，其特征在于，所述微波探测系统包括：光源、波导透射测量装置和权利要求1-5任意一项所述的微波探测器，所述光源和所述波导透射测量装置分别设置在所述微波探测器中所述通道的两侧。

7.根据权利要求6所述的基于金属介质金属波导的微波探测系统，其特征在于，所述波导透射测量装置包括：光波接收装置和计算机，所述光波接收装置和所述计算机通信连接，所述光波接收装置用于接收从所述通道中射出的光，所述计算机用于计算光的透射系数。