CN112154570A - 用于微波吸收的方案 - Google Patents

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安娜·斯特罗姆
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Abstract

微波吸收器被用于许多不同的应用中，诸如通信感测、雷达感测和工业感测。吸收器还用于减小例如飞行器和船只的雷达截面。近年来，微波也已应用于各种医疗方案，诸如体内成像和感测。在癌症肿瘤中聚焦高能场的曝光已经被证明可以改进癌症治疗。吸收材料的目的是出于各种原因来抑制微波。例如，为了减少天线之间的耦合，屏蔽测量系统以消除来自内部或外部错误源的干扰、提供天线与主体之间的匹配等。在本文的实施例中描述了针对此种材料的方案。这种材料是由聚合物、水和无机盐制成的凝胶。通过改变含量的比例，可以获得不同的阻尼和机械性能。对材料的表面进行修改，以使表面致密并减少表面滑性、避免凝胶蒸发、以及使能表面得以消毒。优点是该材料是柔性的，并且可以成形为符合不规则形状。该材料还可以模制成型，以完美适用于特定的天线系统方案。

Description

用于微波吸收的方案
技术领域
本文呈现的示例实施例涉及用于电磁微波的吸收(阻尼)的方案以及材料和此种材料的制造过程的公开。
背景技术
微波吸收器用于若干不同的系统和应用中。目的是衰减不需要的场并减轻例如天线元件之间的相互耦合，抑制电缆或连接器之间或微波系统的各部分之间的场，进一步使系统免受外部错误源的干扰，或抑制场在不想要的方向上传播。应用领域的示例包括通信、雷达、测距、工业感测等。吸收器还用于覆盖被设计成具有隐身性能的飞行器、船只等。在过去的几十年中，还开发了用于医疗诊断和治疗目的的微波系统。示例包括用于乳腺癌成像以及中风和创伤诊断的微波断层扫描。还已经开发了通过应用聚焦或非聚焦微波场以加热肿瘤来治疗癌症的微波系统。
使用微波吸收器的其他应用包括，例如树木健康和质量、木材质量、木材或由木材衍生的产品的含水量的检测、树木和木材缺陷的检测、林木业中的尺寸检测等。然而，微波吸收器可以被证明有用的其他应用包括在食品加工工业中检测食品中异物和有害物体的应用。微波吸收器也可以用于被设计用于检测、感测和监视加工行业中的流、散装物料或其他类型化合物的应用的系统。
微波通常是指频率范围为0.1-30GHz的电磁波。尽管此频率范围可能是此处示例应用的首选，但微波吸收器的使用并不限于该范围。因此，本文描述的与微波吸收器有关的实施例不限于该频率范围，而是也可以用于在较高和较低频率下工作的应用中。在本文件的其余部分中，所述信号将被称为射频信号。
具有发射和/或接收能力的微波系统通常包括不止一个天线。不通过调查的对象而直接在此种天线之间耦合的信号会干扰测量，因此是不想要的。在一些应用中，可以应用校准程序来补偿该信号耦合，但是校准技术并不总是有效或有用的。更好的方案是使用屏蔽或吸收器将此类部件彼此物理隔离。市场上存在各种吸收微波能量的方案，诸如铁氧体、吸收泡沫片和许多其他品种。在某些情况下，诸如在微波炉的前屏幕上，金属或金属栅格可以用于屏蔽。
市场上常见的吸收器通常由经过碳处理的聚氨酯泡沫组成，以使材料导电，从而进行衰减。可以定制导电轮廓以提供所需的衰减效果。虽然该材料有些柔性，但对于某些应用而言，柔性仍不足。通常，添加的碳越多，材料的导电性越强，它的柔性就越差。在一些应用中，不可能在获得足够的阻尼的同时仍保持足够的柔性以从而允许吸收器充满空间并符合主体和表面。吸收器的阻尼效果也相对较弱，尤其是在低于1GHz的频率下，使得在一些应用中不可能用足够薄的吸收泡沫获得足够的阻尼。市场上发现的其他吸收器由混合在例如树脂或橡胶中的铁氧体粉末组成。
因此，需要缓解或解决上述问题。
发明内容
本文的实施例的目的是通过改进用作微波吸收器的材料中的阻尼来消除上述缺点中的至少一个，该材料是柔性的并且可以填充空间和空腔并且符合不规则表面。
本文描述的实施例的一个方面是可以用作阻尼材料的材料。该材料由水和形成凝胶的多糖或天然聚合物的混合物组成。该材料还包含无机盐，以使其导电，因此使其可以充当微波的衰减器。材料的表面可选地被进行修改，以使表面致密并减少表面滑性、避免蒸发以增加凝胶的寿命、以及允许使用乙醇对表面进行消毒。可选地，可以添加防腐剂以阻止微生物的生长。
该材料的一些优点是：通过改变天然聚合物的类型和量，可以改变凝胶的质地。这是有用的，因为可以对属性进行优化以最适合特定应用。此外，通过改变盐的量，可以确定衰减效果以适合特定应用的需要。
另一个优点是：该材料可以模制成完美适合目标应用的形状。
另一个优点是：该材料中的成分成本低、易于获得、可再生、无毒、并且被视为食品和制药行业中的商品材料。
低成本成分使该材料特别适合一次性使用应用。一个示例是在卫生保健应用中，由于卫生要求而需要一次性使用产品。
附图说明
图1是示出了示例诊断系统的示意图。
图2示意性示出了用于检测的系统。
图3示出了凝胶。
图4示出了表面涂层被施加在凝胶周围。
图5示出了凝胶被施加在一根天线周围。
图6示出了凝胶被施加在若干天线周围。
图7示出了凝胶被施加在表面上以减轻反射。
图8示出了使用凝胶减轻天线之间的直接交叉耦合的典型操作情况。
图9示出了凝胶被施加在天线和表面之间以改进微波信号的耦合。
图10示出了传输通过示例凝胶的测量的结果。
图11示出了凝胶包括具有不同属性的多层凝胶。
具体实施方式
根据本文公开的使用凝胶吸收射频信号的方法的典型使用场景是用于与专利EP2032030B1、US9332922B2、EP2020915B1、US8724864B2中公开的内容有关的检测和诊断应用。
图1示出了具有一个用于检测被测体103中的内部对象100的天线的系统的典型示例。如果仅使用一个天线，则只能进行反射测量。内部对象100和被测对象103不是系统的部分。被测对象103可以是人、动物的头部、大脑、腹部、胸部、腿或任何其他被测部分，或者可以是任何其他形式的生物组织，诸如例如树木或木材。被测对象103也可以是非生物组织，并且是非生物来源的，例如但不限于塑料等。被测对象103也可以被称为介电介质、被调查对象、大型对象等。内部对象100也可以被称为浸没对象、介电目标等。内部对象100可以是固体、半固体、液体或气体的形式。内部对象100可以被称为较大被测对象或被测体103中的浸没对象。内部对象100也可以被称为具有特定属性的介电目标，诸如尺寸、形状、位置、介电参数等，其浸没在另一种介电介质(即被测体103)内部。内部对象100可以是流血、血块、水肿、指甲、末梢等。注意，图1仅示出了一个内部对象100，但是，在被测体内103中可以存在任何数量的内部对象100，可以不包括任何对象。为了简单起见，示出了一个内部对象100。
本文描述的系统的一些组件在图2中被描绘，并且包括至少一个发射天线105t和至少一个接收天线105r。当使用不带字母t或r的参考数字105时，它指的是发射和接收天线中任一者。应当注意，这两个天线105可以组合在一个天线中，并且在这种情况下，可以将定向机构(未示出)布置在收发器内部的天线105与微波收发器之间的路径中或作为外部设备。组合的发射和接收天线105可以被称为收发器。可以使用定向机构以便不直接发送到收发器中的接收单元中，否则其可能使输入电子元件饱和。微波发射/接收单元203和分析器205的组合可以具有与方向相关的组件，例如，控制不同方向上的发送和接收信号的定向机构。这可以同时发生，即发送和接收可以同步进行。定向机构也可以称为切换机构。收发器可以包括两个分离的单元，即发射单元和接收单元，或者可以被建立到一个单个的单元中，并且每个功能的电子元件均被建立在该单个单元中。天线连接到微波发射/接收单元203，该微波发射/接收单元203适于向天线105发射射频信号和从天线105接收射频信号。系统可以进一步包括分析器205，该分析器205被布置以控制显示单元207。显示单元207适于例如在屏幕上显示信号的分析结果。通过网络连接或使用存储设备将测量的信号发送到另一个分析设备(例如，中央服务器或中央计算设备)以供后期分析和/或以供测量信号存储在中央存储设备中，可以在另一个位置处执行信号分析。该分析设备可以与图2中的分析器205相同或是不同的分析器。在分析器205上执行检测算法以基于微波信号测量生成检测结果，然后结果被呈现在显示单元207上。组件105、203、205、207可以任意组合或甚至单独地称为微波系统209。
本文公开的一些方面涉及用作微波吸收器的材料和材料的制造过程，该材料是柔性的并且其中其柔性和吸收能力可以被改变。材料的制造过程在需要时需要将液体、天然聚合物和无机盐混合，并经常加热以使物质混合。冷却后，该材料形成如图3所示的柔性凝胶301。因此，该材料理想地适于模制成适合不同应用的所需形状。当将材料压在表面上并且凝胶要符合该表面时，也可以利用凝胶301的柔性。
该材料由天然聚合物、水和无机盐的混合物组成。在一些需要低阻尼或无阻尼的示例中，可以排除无机盐，可以添加不同的防腐剂以增加凝胶301的寿命并避免细菌和微生物的生长。防腐剂可以是例如不同种类的苯甲酸盐或食品工业中使用的其他物质，诸如苯甲酸、硝酸盐或亚硝酸盐。可选地，凝胶的表面可以防止水蒸发并且易于处理。该表面处理可以化学地进行，也可以例如通过塑料盖进行，以完全减轻凝胶的脱水。
凝胶的成分
天然聚合物用作凝胶的成分并使它增稠成凝胶301。典型的聚合物是黄原胶和半乳葡甘露聚糖。如果需要较硬的凝胶301，则可以使用琼脂和/或琼脂糖。无机盐用于改变凝胶301的导电特性。
黄原胶由(1-4)-链接的β-D-葡萄糖主链组成，在C-3处每隔一个葡萄糖上具有三糖链。黄原胶是一种由油菜黄单胞菌分泌的胞外多糖。
半乳葡甘露聚糖的典型选择是刺槐豆胶(LBG)。
琼脂或琼脂糖从红海藻中提取，包括重复单元的D-半乳糖和3,6-脱水-L-半乳糖。
可以使用若干不同的无机盐。典型选择为氯化钠(NaCl)和氯化钙(CaCl)，典型浓度为1％-15％的重量百分比。
凝胶的制造
凝胶301的制备：在室温下，将所有聚合物在剧烈搅拌下缓慢加入去离子水中。将溶液加热到95℃，并在此温度下保持(通常30分钟)，直到聚合物完全溶解。凝胶可以由溶液形成，例如通过模制成所需的形状。在冷却期间，产生胶凝。通过改变成分的相对量，可以调节凝胶301的属性。
为了演示的目的，制备了不同的示例凝胶301。为了说明凝胶301的特性，评估了不同凝胶301的属性。示例1中使用的成分是：黄原胶和半乳葡甘露聚糖LBG。制备具有不同盐浓度的凝胶301。在示例2中：黄原胶和半乳葡甘露聚糖和琼脂/琼脂糖。制备具有不同盐浓度的凝胶301。
示例1：基于黄原胶/LBG的凝胶。黄原胶/LBG凝胶301是通过在95℃下以1：1的比例混合黄原胶和LBG分散体来获得，加入盐并将混合物倒入模具中并使其冷却以产生胶凝。总聚合物浓度在1％结束。制备具有变化的盐(NaCl)浓度(0％、1％、4％)的不同凝胶301。
示例2：黄原胶/LBG和琼脂糖凝胶301，其与示例1类似地制备，但是将琼脂糖在90℃下添加到已经混合的黄原胶/LBG分散体中。虽然最终聚合物浓度保持在1％，并且黄原胶/LBG的比例为1：1，但是不同聚合物之间的比例发生变化。在该示例中，黄原胶/LBG/琼脂糖样品中聚合物的比例为0.4：0.4：0.2。在这种情况下，使用的盐(NaCl)浓度为0％和1％。
根据大变形(应力松弛)、凝胶强度(小变形振荡流变学)和介电性能评估示例凝胶1 301和示例凝胶2 301。所得的属性示于表1中。表中所示的发现总结如下：凝胶301的应力松弛描述了在特定时间段内凝胶301在应力下的行为。Fmax的值对应于实际压缩30％所需的最大力，和Frelax是在300秒结束时维持变形所需的力。结果表明：a)添加盐的量不会随测试时间改变凝胶301的总体强度或性能；b)材料的松弛度低，即，该材料在压缩期间基本没有重新排列；以及c)在30％变形时未观察到材料的裂纹或损坏。胶凝化的开始温度(Tg)在此被定义为是存储模量(G’)迅速增加并且高于损耗模量(G”)的温度。分散体被热地加载到流变仪上，并随着温度从75℃以2℃/min降低而在流变仪上产生凝胶301。如上定义的Tg仅通过添加盐而稍微增大。熔化温度Tm表示在加热凝胶301时G’大于G”的温度，这表明Tm在很大程度上也不会因盐的存在而改变。此外，期望黄原胶/LBG凝胶301的Tg和Tm精确匹配。与基于纯琼脂糖凝胶表现出热滞后的特性的预期一致，向系统中添加琼脂糖增加了凝胶301的强度，也增大了Tm。通常，凝胶301的机械和流变学测量表明：添加盐不会影响凝胶301的此类属性。结果还示出了一些一般属性，诸如在应力、胶凝和熔融温度以及凝胶强度下的性能。
表1：具有不同盐浓度的两个示例凝胶301的特性表，其中Fmax和Frelax是通过应力松弛测试获得，G’、G”、Tg、Tm是通过振荡测量获得。
Figure BDA0002790314990000071
表1所示的凝胶301的表征是通过以下方法进行的：
使用配备有5kg测压元件的质构仪(HDi，Stable Micro Systems，英国)测试凝胶的应力松弛。用直径为1cm的圆柱形探针进行压缩测试。测试的凝胶直径为1厘米，高度为1厘米。将凝胶保持在30％应变所需的应力被测试超过300秒。振荡测试是使用TAInstruments(TA仪器公司)的DHR-3完成的。所使用的几何形状是直径为40毫米、间隙为20微米的锥板。在1Hz的频率和0.5％的应变下测试凝胶的流变特性。通过珀耳帖(Peltier)板控制温度。所有样品在高温下加载，即处于液态，并使其在流变仪上产生凝胶301。使用TAInstruments的溶剂捕集器来减少蒸发。电导率是使用是德科技(Keysight)介电探针85070E测量。
表面涂层
表面改质：图4示出了典型的使用场景，其中通过在凝胶上施加涂层401来修改凝胶301的表面。涂层401减少了水的蒸发，因此避免了凝胶301的脱水。这增加了凝胶的寿命。涂层401还降低了表面的滑性。可以使用多层涂层。使用表面涂层的一个优点是例如可以在涂层401之后使用乙醇冲洗表面以消毒表面并减少微生物的生长。
表面涂层替代1：凝胶301表面被使用天然多糖(诸如淀粉)的水溶液/分散体涂覆401。然后，多糖附着到凝胶表面并提供致密性，从而在表面上形成连续涂层。
表面涂层替代2：凝胶301表面被使用阳离子型分子和阴离子型分子的交替层涂覆401。例如，阳离子淀粉用作形成连续膜表面的第一层。阴离子蒙脱土颗粒被吸附在淀粉层上，阻止水从凝胶中流出(蒸发)。
表面涂层替代3：凝胶301被使用塑料材料涂覆401。根据密封的所需特性，塑料可以是薄的、厚的、柔性的或刚性的，
凝胶301的使用场景
在图3中，示出了凝胶301的典型使用场景。凝胶被配置到特定的空间位置。使用凝胶的目的是改变凝胶所在的区域内的电磁性能，即介电属性、介电常数、电导率和磁导率。因此，图3示出了通过将凝胶布置在环境中的位置处使得在该位置附近传播的微波信号与该凝胶相互作用，来修改微波电磁场传播的环境的一个或多个电磁特性。
在图4中示出了典型的使用场景，其中凝胶301被涂层401密封。
在图5中示出了典型的操作场景。在该图中，示出了一个天线105。该天线既可以用作发射器也可以用作接收器，或者既用作发射器又用作接收器。该天线浸没在凝胶301中或被凝胶301包围。凝胶301可被施加在天线105的侧面、背面或正面，这依赖于发送或接收信号要在哪个方向被衰减。
在图6中示出了不同的使用场景。示出了两个天线105，其中这些天线浸没在凝胶301中或被凝胶301包围。天线105之间存在的凝胶301旨在减轻天线之间的直接耦合，并且替代地，确保微波的发射或接收方向是任何其他方向，这依赖于所需的应用。对于本领域技术人员而言，该操作被表示为减少天线之间的直接相互耦合。直接信号通常是干扰源，因此是不想要的，与和预期应用相关的信号源相比，直接信号的强度通常很大。在此类应用中，有利的是凝胶301可被模制以完美适合天线105。
图7示出了凝胶301被施加到表面701上的使用场景。表面501可以由任何材料组成。在这种配置中，预期操作是降低微波从表面701的反射。入射波从周围环境传播到凝胶301中，从表面701反射并在通过凝胶301返回的过程中也会衰减，使得反射信号被部分或完全衰减。典型的用途是通过使用凝胶301覆盖对象的表面701来降低其雷达截面。例如，该对象可以是被设计为具有隐形特性的飞行器、或者支持结构与天线相互作用应该被最小化的天线。
图8：在该使用场景中，三个天线105被应用到表面701上。例如，该应用可以是使用从天线105发送和接收的射频信号进行子表面701感应。在该应用中，期望是从天线105发射信号通过表面701。表面301下方的对象可能会产生散射信号，这些散射信号会再次从表面301传播回去，以使用天线301检测。直接耦合，即在天线之间直接传播的信号是不想要的，因为它们会在测量中引入干扰信号。有时会使用不同的校准程序来尝试去除此类直接信号。但是更好的选择是完全或部分衰减它们。当天线被压靠在表面上并且凝胶的柔性允许良好地贴合表面时，本文描述的实施例是特别有用的。
图9：在该使用场景中，凝胶301被施加在天线105和表面701之间。这是对于子表面701感测的应用可能有用的场景。在这种情况下，凝胶的目的是在天线105和表面701之间构成匹配介质，从而确保通过表面701并进入对象的能量更好地耦合。然后可以将凝胶的属性与天线和主体进行阻抗匹配，以优化能量通过不同材料界面的转移。此处的优点是凝胶既可以符合天线105本身也可以符合表面701。这样，例如，可以避免天线105与表面701之间的气隙，从而比天线105本身被直接应用在表面701上产生更好的匹配。
示例凝胶的透射测量
根据示例1中的配方的示例凝胶，分别包含0.8％和5％的NaCl。第一凝胶为18mm厚，第二凝胶为25mm厚。在图10中，示出了使用放置在凝胶的相对侧上并与凝胶直接接触的两个贴片天线进行的透射测量。图10a示出了通过具有0.8％的NaCl的厚度为18mm的凝胶的透射1001，并且在图10b中示出了具有5％的NaCl的厚度为25mm的凝胶的透射1002。
如下面的编号实施例的列表所概括的，本文已经公开了用于吸收电磁微波的技术 和材料以及此材料的制造过程。
1.一种用于衰减微波信号的方案，其包括材料和吸收材料的制造过程。制造过程产生的凝胶可以在微波应用中用作信号的衰减器。所述凝胶包括至少一种多糖或天然聚合物和金属盐，它们以适合于获得所需属性的比例而被混合。
2.一种用于衰减微波信号的方案，其包括如权利要求1的材料和吸收材料的制造过程，用在以下应用中：
-为了减少(微波)天线之间信号的干扰，其中凝胶被放置在天线之间，
-用于阻尼外部错误源，其中凝胶被放置成包围天线，
-用于阻尼微波系统的不同内部部件之间的内部不想要的耦合，其中凝胶被放置在系统的部件之间或放置成使得其包围系统的要彼此屏蔽的部件。
-作为匹配介质，其中凝胶被放置在天线和表面之间，
-用于减少表面的散射，其中表面被使用凝胶覆盖。
3.一种用于衰减微波信号的方案，其包括如权利要求1-2中任一项的材料和吸收材料的制造过程，其中凝胶被模制在存在的天线中，以确保凝胶完美地适合于天线。
4.一种用于衰减微波信号的方案，其包括如权利要求1-3中任一项的材料和吸收材料的制造过程，其中凝胶被制造并用作一次性产品，其中该产品适于容易地安装在一组天线上并容易地从该组天线拆卸。
5.一种用于衰减微波信号的方案，其包括如权利要求1-4中任一项的材料和吸收材料的制造过程，其中凝胶的表面被修改并从而被密封，以减少蒸发。
6.一种用于衰减微波信号的方案，其包括如权利要求1-4中任一项的材料和吸收材料的制造过程，其中凝胶的表面被修改并从而被密封，以降低滑性。
7.一种用于衰减微波信号的方案，其包括如权利要求1-4中任一项的材料和吸收材料的制造过程，其中凝胶的表面被修改以使能所述表面得以消毒。
8.一种用于衰减微波信号的方案，其包括如权利要求1-7中任一项的材料和吸收材料的制造过程，其中天然聚合物、黄原胶、半乳葡甘露聚糖、琼脂和琼脂糖以任意比例被使用以生成凝胶。
9.一种用于衰减微波信号的方案，其包括如权利要求1-8中任一项的材料和吸收材料的制造过程，其中凝胶的表面通过在表面上施加天然多糖的水溶液/分散体而被涂覆。
10.一种用于衰减微波信号的方案，其包括如权利要求1-8中任一项的材料和吸收材料的制造过程，其中凝胶的表面被涂覆有阳离子型分子和阴离子型分子的交替层。
11.一种用于衰减微波信号的方案，其包括如权利要求1-10中任一项的材料和吸收材料的制造过程，其中具有不同成分和/或盐浓度的不同凝胶被堆叠在彼此的顶部以形成具有逐渐变化属性的衰减凝胶。
所公开的凝胶301的使用场景的详细描述
在这里，我们描述了如何在衰减射频信号的方法中利用吸收电磁射频信号的技术和材料以及此材料的制造过程。该方法通过将凝胶布置在环境中的位置处使得在该位置附近传播的微波信号与该凝胶相互作用，来修改微波电磁场传播的环境的一个或多个电磁特性。
本文公开的制造过程公开了凝胶301如何被制造和如下所述地使用以吸收射频信号。市场上还有其他各种吸收器。一些优点是：凝胶301由非常便宜的成分制成，其组分基本上是食品工业的成分，因此也是无毒无害的。与市场上包含碳粉、铁氧体或其他材料的其他凝胶301相比，如果与皮肤接触，其他凝胶301可能会出现更多问题。这些材料也不太容易直接在微波系统209上原位模制，因为通常涉及更多的制造过程。
M1.一种衰减微波信号的方法，
(i)其中通过使用凝胶301形式的吸收材料获得衰减，
(ii)其中凝胶301被配置为占据某些域，使得进入这些域的射频信号被吸收并相应地衰减，
(iii)其中所述凝胶301包括用水以任意比例混合的至少一种多糖或天然聚合物和金属盐。
使用凝胶301的主要优点在于：凝胶301可以以其他方式被模制或成形以符合不同的形状。凝胶301也是柔性的，并因此通过施加压力容易地符合天线105的表面701和结构。这是一个重要的属性，因为其使得可以轻松避免例如可能损坏测量的气泡。微波系统209的各部件之间的耦合，例如天线105、电缆或系统209的其他部件之间的直接耦合可能非常大，并导致较大的测量错误。该耦合必须被抑制，例如利用所述凝胶301，以确保最大可能的测量精度。在M2中对此进行了描述。
M2.M1中所述的方法包括使凝胶301成形并将凝胶301配置为符合微波系统209的各部件，以减少系统209中所述部件之间的射频信号耦合。
射频信号的外部源，例如来自诸如WIFI手机的通信系统，可能在与微波系统209相同的频率上操作。这些信号可能会破坏测量。通过使用凝胶301覆盖微波系统209的各部件，可以衰减此类信号，如以下在M3中所述。
M3.M1中所述的方法包括使凝胶301成形并且将凝胶301配置为符合微波系统209的各部件，以便减少来自外部微波发射器的干扰射频信号。
例如，将飞行器或船只设计成具有隐形特性(即雷达不可见)是很常见的。这种设计的一部分包括使用吸收材料覆盖表面701，该吸收材料衰减入射的微波信号。在某些应用中，出于这种目的使用本文所述的凝胶301可能是令人感兴趣的。可以使用具有单层凝胶301或具有多层1101、1103的凝胶的方案。
M4.M1中所述的方法包括使凝胶301成形为符合反射材料的表面701，从而降低表面的反射率，从而入射在所述表面701上的射频信号将被衰减，反射率将被降低。
凝胶301还可以用于在从天线105发射的信号经过表面701被传输到材料中之前，衰减从天线105发射的信号。在该种情况下，可以调节凝胶301的属性和/或厚度以达到发射信号的所需功率水平。
M5.前述点中任一个所述的方法包括将凝胶301配置为符合微波系统209中的微波发射器105t和微波接收器105r，其中凝胶301用于衰减进入该凝胶的射频信号。
下面的描述公开了微波系统209(其配置成对被测对象103进行测量，还对被测对象103的表面701以及天线105进行测量)如何被凝胶301覆盖(如图8中所示)以抑制来自外部微波源的信号，如M3中所述。
M6.前述点M1-M5中任一个所述的方法(应用在系统209中，其中发射器105t和接收器105r包括天线105)进一步包括将天线105配置在被测体103附近。该方法进一步包括从发射天线105t发射射频信号，其中射频信号传播通过对象103，以及使用接收天线105r检测所述信号。该方法进一步包括将凝胶301配置在天线105的外侧(从被测对象103的表面701来看)，其中凝胶301用于衰减微波系统209的不同内部部件与天线105之间的不想要的信号耦合，并且衰减来自外部错误源的干扰信号。
下面的描述公开了微波系统209如何被配置为对被测体进行透射测量，其中凝胶301被施加在天线105之间、天线105外侧、以及被测体103的表面701上。结果是：在没有先传播通过被测对象103而直接在天线105之间传播的信号得以抑制。此类直接信号是不需要的，并且通常导致对测量数据的干扰。在文献中，可以找到通过不同的校准技术对这种直接信号进行补偿的示例。当对象远离天线105，即远场，并且其中天线105被安装在刚性夹具中以使天线105位置被固定时，这些技术更有效。在天线105的位置是灵活的并且紧邻被测体103的示例中，抑制此种直接信号更有效。
M7.前述点M1-M5中任一个所述的方法(应用在微波系统209中，其中发射器105t和接收器105r包括天线105)包括将天线105配置在被测体103附近。该方法进一步包括从发射天线105t发射射频信号，其中所述射频信号传播通过被测体103，以及使用接收天线105r检测所述信号。如图8所示，该方法进一步包括在发射天线105t和接收天线105r之间配置凝胶301，其中凝胶用于衰减在对象外部的天线之间传播的干扰信号。
出于阻抗匹配的目的，凝胶301也可以用在天线105和被测体103的表面701之间。目的是确保尽可能多的射频信号传播通过被测体103的表面701，从而确保信号传播通过对象时的信号强度被最大化。
M8.点M1中所述的方法(应用在系统中，其中发射器105t和接收器105r包括天线105)包括将天线105配置在被测体103附近。该方法进一步包括从发射天线105t发射射频信号，其中所述微波信号传播通过被测体，以及使用接收天线105r检测所述信号。如图9所示，该方法进一步包括在被测体103的表面701和天线105之间配置凝胶301，还包括选择凝胶301的属性以使其用作阻抗匹配介质。
当制造凝胶301的混合物被加热时，该混合物是液体，而当制造凝胶301的混合物被冷却时，形成凝胶301。因此，模制是将凝胶301加工成所需形状的便利方法。
M9.在前述点M1-M8中任一个的方法中，其中凝胶301被模制或以其他方式制造，以确保凝胶与微波系统209的各部件之间紧密配合。
由于凝胶301的成分便宜，所以凝胶301特别适合作为一次性产品。这可能是出于卫生保健的目的，也可能用于在特定测量情况下需要不同属性的凝胶的情况。
M10.在前述点M1-M9中任一个的方法中，其中凝胶301用作一次性产品，其中该产品适用于容易安装到微波系统209的各部件和从这些部件拆卸。
凝胶301由食品加工工业已知的成分制造。
M11.前述点M1-M10中任一个的方法，包括以任意比例的天然聚合物、黄原胶、半乳葡甘露聚糖、琼脂和/或琼脂糖来产生凝胶301。
因为凝胶自身将随着时间的流逝由于水分蒸发而变干，因此与不使用表面涂层相比，使用不同的密封401凝胶表面的方法以避免蒸发并在更长的时间内保持初始水分和凝胶301属性。这将增加凝胶的寿命。
M12.在前述点M1-M11中任一个的方法中，其中凝胶301的表面被修改为被密封401，目的是减少水从凝胶中蒸发，以延长凝胶301的寿命。
普通凝胶由于凝结在凝胶301中的水而非常滑。为了简化凝胶的处理，化学地修改或处理表面401以使其不那么滑是方便的。
M13.在前述点M1-M12中任一个的方法中，其中凝胶301的表面被修改并从而被密封401，以减少滑性。
特别是在医疗保健应用中，细菌的生长、真菌或霉菌的生长是不想要的。下面对化学地修改或密封401表面以简化消毒进行描述。
M14.在前述点M1-M13中任一个的方法中，其中凝胶的表面被修改并从而被密封以使能表面得以消毒。
下面的点公开了一些具体物质，这些物质可以用来处理凝胶301的表面，从而完成点M12-M14所描述的内容。
M15.在前述点M1-M14中任一个的方法中，其中凝胶103的表面通过在表面上应用天然多糖的水溶液/分散体而被涂覆401。
下面的点公开了一些具体物质，这些物质可以用于处理凝胶301的表面，从而完成点M12-M14所描述的内容。
M16.在前述点M1-M14中任一个的方法中，其中凝胶301的表面被涂覆401有阳离子型分子和阴离子型分子的交替层。
密封401凝胶103的方法是将其包裹在塑料材料中。取决于期望的特性，塑料可以是薄的、厚的、柔性的或更硬的。
M17.在前述点M1-M14中任一个的方法中，其中凝胶103的表面被涂覆401有塑料层。
在一些应用中，仅使用具有一定厚度和属性(例如，盐浓度)的一种单独凝胶301以实现所需的阻尼性能是不够的。因此，一种替代是制造至少两种不同凝胶的层状凝胶301，该至少两种不同凝胶构成堆叠在不同属性的另一层1103上的层1101。层状凝胶301可以由不同属性或厚度的任意数量的层制成。
M18.在前述点M1-M17中任一个的方法中，其中包含不同量的成分和/或盐浓度的凝胶301被配置为分层结构，以形成具有逐渐变化属性的凝胶，使得具有某些属性的凝胶1101被配置有堆叠在该凝胶301上的另一层1103。
总结以上讨论，本文已经公开了如下内容。
一种用于修改微波电磁场传播的环境的一个或多个电磁特性的方法，包括：提供包括用水混合的至少一种多糖或天然聚合物以及金属盐的凝胶；将凝胶布置在环境中的位置处，使得在该位置附近传播的微波信号与凝胶相互作用。
该方法可选地包括将凝胶布置在所述位置处，使得在该位置附近传播的微波信号被凝胶吸收，并因此微波电磁场被修改而被衰减。
可选地，所述位置邻近微波系统的一部分，方法包括：将凝胶的形状配置为符合微波系统的所述部分，从而减少涉及微波系统的所述部分的微波信号的耦合和/或衰减由微波系统的所述部分接收到的来自干扰微波发射器的干扰微波信号。
可选地，微波系统的所述部分对应于微波发射器、微波接收器、微波收发器和微波天线中的任一者。
可选地，所述位置邻近射频反射表面，方法包括：将凝胶的形状配置为符合射频反射表面，从而减小反射表面的反射率特性。
可选地，所述位置在构成微波系统的部分的微波发射天线和微波接收天线之间，方法包括：将天线配置为靠近感兴趣对象；以及从发射天线发射微波信号，其中所发射的微波信号传播通过感兴趣对象并被微波接收天线接收，其中凝胶衰减了在感兴趣对象外部的发射天线和接收天线之间传播的信号的不想要耦合和/或衰减了来自干扰微波发射器的干扰微波信号。
方法可选地包括：将凝胶布置在所述位置处，使得凝胶用作在所述位置附近传播的微波信号的阻抗匹配介质，并且因此微波电磁场在阻抗匹配方面被修改。
还讨论了一种用于修改微波电磁场的一个或多个电磁特性的凝胶，包括：用水混合的至少一种多糖或天然聚合物以及金属盐。
可选地，天然聚合物包括黄原胶、半乳葡甘露聚糖、琼脂和琼脂糖中的任一者。
可选地，凝胶的表面被处理或密封以防止蒸发和/或增加摩擦和/或允许将消毒剂应用至凝胶的表面。
可选地，凝胶的表面通过以下方式中的任一种被密封：在表面上施加水溶液/分散天然多糖、施加具有阳离子型分子和阴离子型分子的交替层的涂层、在凝胶的表面上施加塑料层。
可选地，凝胶被布置成具有层状结构，其中每个层包括相应量的成分和/或相应的盐浓度，从而逐渐改变凝胶的电磁特性。
还讨论了根据上述公开的凝胶针对感兴趣对象衰减微波信号或提供阻抗匹配的应用。
本文还讨论了一种微波测量系统，该微波测量系统至少包括：第一微波天线和第二微波天线，第一微波天线和第二微波天线被布置为通过发送和接收通过感兴趣对象的微波信号来测量感兴趣对象的一个或多个属性，其中，微波测量系统进一步包括根据上述公开的凝胶，其中，凝胶被布置为减小至少第一天线与第二天线之间的耦合。
本文还讨论了一种微波测量系统，该微波测量系统至少包括第一微波天线和第二微波天线，第一微波天线和第二微波天线被布置为通过发送和接收通过感兴趣对象的微波信号来测量感兴趣对象的一个或多个属性，其中，该微波测量系统进一步包括根据上述公开的凝胶，其中，凝胶被布置为改进第一天线和所述第二天线中的任一者与感兴趣对象之间的阻抗匹配。

Claims (15)

1.一种用于修改微波电磁场传播的环境的一个或多个电磁特性的方法，包括：
提供凝胶，所述凝胶包括用水混合的至少一种多糖或天然聚合物以及金属盐；
将所述凝胶布置在所述环境中的位置处，使得在所述位置附近传播的微波信号与所述凝胶相互作用。
2.根据权利要求1所述的方法，包括：将所述凝胶布置在所述位置处，使得在所述位置附近传播的微波信号被所述凝胶吸收，并因此所述微波电磁场被修改而衰减。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述位置邻近微波系统的一部分，所述方法包括：将所述凝胶的形状配置为符合所述微波系统的所述部分，从而减少涉及所述微波系统的所述部分的微波信号的耦合和/或衰减由所述微波系统的所述部分接收到的来自干扰微波发射器的干扰微波信号。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述微波系统的所述部分对应于微波发射器、微波接收器、微波收发器和微波天线中的任一者。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述位置邻近射频反射表面，所述方法包括：将所述凝胶的形状配置为符合所述射频反射表面，从而减小所述反射表面的反射率特性。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述位置在构成微波系统的部分的微波发射天线和微波接收天线之间，所述方法包括：将所述天线配置为靠近感兴趣对象；以及从所述发射天线发射微波信号，其中所发射的微波信号传播通过所述感兴趣对象并被所述微波接收天线接收，其中所述凝胶衰减了在所述感兴趣对象外部的所述发射天线和所述接收天线之间传播的信号的不想要耦合，和/或衰减了来自干扰微波发射器的干扰微波信号。
7.根据权利要求1所述的方法，包括：将所述凝胶布置在所述位置处，使得所述凝胶用作在所述位置附近传播的微波信号的阻抗匹配介质，并且因此所述微波电磁场在阻抗匹配方面被修改。
8.一种用于修改微波电磁场的一个或多个电磁特性的凝胶，包括：用水混合的至少一种多糖或天然聚合物以及金属盐。
9.根据权利要求8所述的凝胶，其中，所述天然聚合物包括黄原胶、半乳葡甘露聚糖、琼脂和琼脂糖中的任一者。
10.根据权利要求8或9中任一项所述的凝胶，其中，所述凝胶的表面被处理或密封以防止蒸发和/或增加摩擦和/或允许将消毒剂施加至所述凝胶的表面。
11.根据权利要求10所述的凝胶，其中，所述凝胶的表面通过以下方式中的任一种而被密封：在所述表面上施加水溶液/散布天然多糖、施加具有阳离子型分子和阴离子型分子的交替层的涂层、在所述凝胶的表面上施加塑料层。
12.根据权利要求8至11中任一项所述的凝胶，其中，所述凝胶被布置成具有层状结构，其中每个层包括相应量的成分和/或相应的盐浓度，从而逐渐改变所述凝胶的电磁特性。
13.根据权利要求8至12中任一项所述的凝胶在针对感兴趣对象衰减微波信号或提供阻抗匹配中的应用。
14.一种微波测量系统，所述微波测量系统至少包括第一微波天线和第二微波天线，所述第一微波天线和所述第二微波天线被布置为通过发送和接收通过感兴趣对象的微波信号来测量所述感兴趣对象的一个或多个属性，其中，所述微波测量系统进一步包括根据权利要求8至12中任一项所述的凝胶，其中，所述凝胶被布置为减小至少所述第一天线与所述第二天线之间的耦合。
15.一种微波测量系统，所述微波测量系统至少包括第一微波天线和第二微波天线，所述第一微波天线和所述第二微波天线被布置为通过发送和接收通过感兴趣对象的微波信号来测量所述感兴趣对象的一个或多个属性，其中，所述微波测量系统进一步包括根据权利要求8至12中任一项所述的凝胶，其中，所述凝胶被布置为改进所述第一天线和所述第二天线中的任一者与所述感兴趣对象之间的阻抗匹配。
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