华南理工大学学报(自然科学版)

作者：张淑娥, 赖帅, 张京席

单位：1.华北电力大学 电子与通信工程系，河北 保定 071003；2.华北电力大学 河北省电力物联网技术重点实验室，河北 保定 071003；3.华北电力大学 保定市光纤传感与光通信技术重点实验室，河北 保定 071003

关键词：圆柱波导,径向双层介质,特征方程,介质厚度,网络分析仪,测量系统

基金：河北省自然科学基金资助项目(E2019502039)

蒸汽湿度的精确测量对维护汽轮机的稳定性有重大意义，而蒸汽湿度的测量又受水膜厚度的影响。为了解决圆柱腔内壁水膜厚度的测量问题，基于介质加载圆柱谐振腔内谐振频率随介质厚度变化的原理，提出一种用于测量圆柱腔内壁介质厚度的新方法。根据介质加载圆柱波导所满足的麦克斯韦方程组和边界条件，推导了填充双层介质圆柱波导的特征方程。在给定介质厚度的情况下，根据特征方程给出了传播模式的相位常数和波导工作频率间的关系；基于推导的特征方程，建立了圆柱腔内壁介质厚度和谐振频率值之间的关系模型。应用MATLAB软件进行数值求解，得到不同介质、不同厚度下对应的谐振频率。在与数值求解设定的同等参数下，利用HFSS软件仿真分析了双层介质加载圆柱腔对应的谐振频率。将仿真数据和理论计算数据进行对比，结果表明随着介质厚度的增加，两者都呈平行下降趋势，且谐振频率频偏与介质厚度呈线性关系的规律，验证了该方法的可行性。该方法测量的介质厚度没有限制（在半径以内），具有普适性。文中还利用网络分析仪进行了相关实验，并搭建了实用性测量系统，当介质厚度在100 μm以内时，每间隔10 μm所能测得的介质厚度值的间隔约为6.8~7.1 μm，相对测量误差不超过24.6%。通过理论数据与实验数据对比，发现该方法测出的数据更为精确。

来源：2022年第10期

《华南理工大学学报(自然科学版)》期刊编辑部

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