光调制散射器测量技术工作原理

光调制散射器测量技术工作原理

光调制散射器测量技术工作原理为：通过在被测场点放置一个很小的散射器，就可将该点的场值测量出来，通过扫描，从而得到扫描路径上的整个场分布。再通过互易定理可以知道，源S在场P点产生的场经散射器散射后回到S的散射信号和P点的场值是成正比的。为了将微弱的散射信号从其他的相同频率的反射信号中分离出来，在散射器的中部连接光电二极管，通过控制光电二极管，改变整个散射器的阻抗特性，达到对散射信号调制的目的。

在接收端，通过解调就可以得到散射器散射回来的信号。因此光调制散射器测量较传统测量方法有很多优点。首先，探头可以做得很小，因此探头对被测场的扰动也很小。其次，没有任何的金属和探头相连，故连接物对场的扰动也降至很小。同时，由于互易原理的应用，即使散射器与发射/接收天线之间存在复杂路径，测得的值也是准确的。如果采用两个不同长度的散射器进行联合测量，还可将散射器与环境之间的多次反射对测量的影响消除掉。

散射器设计
散射器是一个小的偶极子，长度通常做成小于/2λ，中间用光电二极管连接，激光源通过光纤照射到光电二极管上，使其按一定的频率导通和截止，从而使偶极子的阻抗也随相应的频率改变。散射器的长度设计得相对较长时，可获得高的灵敏度，但散射器与测量环境之间的作用也会相应增强，这方面的误差也会相应增加；设计得相对较短时，可以获得高的空间分辨率和小的误差，但同时其灵敏度也会降低。在设计中，应该对二者兼顾考虑。
由于所测量的场的频率为8～12 GHz，故将偶极子的长度设计成10 mm，如图1所示。散射器中间部分的光调制单元为4个光电二极管，总长为1.4 mm，与之相连的金属丝直径为0.5 mm，光电二极管与金属丝用介电常数接近于1的绝缘物质粘贴在一起。光电二极管通过4根普通多模光纤与激光源相连。中间部分光调制器件如果采用GaAs光导开关，可达到更高的调制频率，使测量的误差更小。鉴于制造GaAs光导开关的成本因素，所以采用了光电二极管，其工作频率为10 kHz。图2所示为设计出来的实际的光调制散射器。