X波段高功率微波一體化輻射場測量系統的製作方法
2023-10-10 16:52:34 2
X波段高功率微波一體化輻射場測量系統的製作方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種X波段高功率微波一體化輻射場測量系統，高功率微波輻射場信號由天線接收後，經過波導衰減器進行功率衰減，經過波導同軸轉換器依次傳輸至程控衰減器和同軸衰減器進行功率衰減，由檢波器檢出信號的包絡波形並由數字轉換器採集後發送給單板電腦，監控計算機通過光纖收發器對數字轉換器和溫度傳感器進行監視；對數字轉換器和程控衰減器進行控制。本實用新型集電磁防護、衰減量調節、信號檢波、數據採集及處理、遠程監控和光纖數傳等功能於一體，結構緊湊，簡便易攜，易於外場測量的快速展開；提高了系統整體的電磁防護能力，增加了測量的動態範圍，對測量不同功率水平的輻射場有了更強的適應性。
【專利說明】X波段高功率微波一體化輻射場測量系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種高功率微波輻射場測量裝置。
【背景技術】
[0002]高功率微波外場測量系統對於高功率微波研究中的參數測量、診斷等工作都有重要的作用。目前高功率微波輻射場測量系統的基本構成如文獻「陳宇.遠場法高功率微波功率測量中若干問題的研究[D].國防科學技術大學碩士論文，2005 (P6~P7).」中提到的，該類系統組成面臨以下難題:一是存在電磁防護的薄弱環節，強電磁環境易對測量結果產生幹擾；二是測量系統移動測量位置帶來檢波器前端的重複連接，對其測量結果的可靠性造成了影響；三是不具備衰減調節能力，測量動態範圍小。[0003]另一類是基于波導系統探針耦合的測量系統如文獻「屈勁，劉慶想，等.高功率微波輻射場功率密度測量系統[J].強雷射與離子束，2004, 16(1)，77~80.」所述，該類型系統同樣存在易受外部電磁場幹擾和測量動態範圍小等問題。
【發明內容】
[0004]為了克服現有技術的不足，本發明提供一種X波段高功率微波一體化輻射場測量系統，集電磁防護、衰減量調節、信號檢波、數據採集及處理、遠程監控和光纖數傳等功能於一體，結構緊湊，簡便易攜(重量約10kg)、易於外場測量的快速展開；提高了系統整體的電磁防護能力，增加了測量的動態範圍(大於20dB)，對測量不同功率水平的輻射場有了更強的適應性。
[0005]本發明解決其技術問題所採用的技術方案是:包括天線、波導衰減器、波導同軸轉換器、程控衰減器、同軸衰減器、檢波器、數字轉換器、單板電腦、光纖收發器和監控計算機。
[0006]高功率微波輻射場信號由天線接收後，經過波導衰減器進行功率衰減，經過波導同軸轉換器傳輸至程控衰減器(傳輸線結構由波導結構改變為同軸結構，利於減小後端傳輸線的體積)，再依次經過程控衰減器和同軸衰減器進行功率衰減(程控衰減器可以實現信號功率衰減量的計算機控制，同軸衰減器通常和後端的檢波器一起使用，該組合檢波結構有較小的駐波，可以減少檢波波形的畸變量)，由檢波器檢出高功率微波輻射場信號的包絡波形，該包絡波形由數字轉換器採集後發送給單板電腦，計算出天線所處位置的高功率微波輻射場功率密度值，監控計算機通過光纖收發器對數字轉換器的採集波形、溫度傳感器採集的環境實時溫度進行監視；對數字轉換器的參數和程控衰減器的衰減量進行控制。
-1 ^-(G-Aw -1Lwk.-Ap -Ac -Pd)
[0007]所述天線所處位置的高功率微波輻射場功率密度值_，
S
[0008]W——天線所處位置的高功率微波輻射場功率密度值，單位:mW/cm2 ；
[0009]G——天線增益，單位:dB ；
[0010]Aw——波導衰減器的衰減量，單位:dB ；[0011]ILW_。一波導同軸轉換器的插入損耗，單位:dB ；
[0012]Ap——程控衰減器的衰減量，單位:dB ；
[0013]Ac——同軸衰減器的衰減量，單位:dB ；
[0014]Pd——檢波波形幅度對應的輸入功率值，單位:dBm ；
[0015]S—天線有效接收面積，單位:cm2。
[0016]進入所述波導同軸轉換器的信號的平均功率不大於30dBm (連續波)或峰值功率 不大於50dBm (脈衝寬度小於IOii S)。
[0017]所述程控衰減器的衰減量按照IdB的步進,在0?IldB範圍內連續調節。
[0018]所述檢波器輸入信號頻率範圍:DC?18GHz，波形輸出幅度小於150mV，響應時間 小於2ns。
[0019]所述數字轉換器選用的帶寬:500MHz，最高採樣率:2GS/s，能夠完成對檢波器輸 出波形的不失真採樣。
[0020]所述的波導同軸轉換器、程控衰減器、同軸衰減器、檢波器、數字轉換器、單板電 腦、光纖收發器和溫度傳感器安裝在電磁防護體內，電磁防護體包括殼體和殼蓋。殼體為上 端開口的長方體空腔，底部外側有一凸臺，凸臺頂面尺寸等于波導同軸轉換器的法蘭端面 尺寸，凸臺上開一矩形貫通孔，波導同軸轉換器的同軸接口 一端從殼體外側插沿矩形貫通 孔插入殼體，直到波導同軸轉換器的法蘭端面同凸臺頂面搭接，法蘭和凸臺沿搭接縫隙進 行360°焊接，焊接採用氣體保護焊或真空焊接，波導同軸轉換器的法蘭端面開四個非貫通 的螺釘孔(避免了傳統貫通孔形成的進入電磁防護體的耦合通道)，用以和波導衰減器的法 蘭連接和緊固。殼蓋與殼體上端開口吻合，外沿焊有三層鈹銅彈簧片，實現殼蓋和殼體的 良好電接觸，殼體上端開口處的邊沿高出殼蓋1.5cm。
[0021]在不影響系統屏蔽效能的前提下，在殼蓋上開小孔陣列，形成截止波導通風窗，配 合安裝在截止波導通風窗內側的散熱風扇使用，以提高系統的散熱能力。
[0022]電磁防護體內部所有電子設備的供電都由聚合物鋰電池和電壓轉換模塊提供。
[0023]波導同軸轉換器可以是帶法蘭的穿牆的同軸轉接器，N型或SMA型，法蘭和殼體的 接縫360°焊接，焊接過程避免產生金屬氧化物。
[0024]天線可以選擇角錐喇叭天線或開口波導。
[0025]根據功率容量的要求，可以用定向耦合器代替波導衰減器，或定向耦合器串接波 導衰減器一起使用來完成對高功率微波輻射場信號的衰減。
[0026]本發明的有益效果是:採用了單板電腦和PCI接口的數字轉換器進行波形的採集 和處理，代替了傳統的示波器和計算機，使結構更加緊湊，避免了測量位置改變帶來的器件 的重複連接，增加了測量結果的可靠性(由於連接結構的重複性不高，重複連接後系統的衰 減量會和標定結果產生較大的偏差)；在測量系統的衰減環節引入了程控可調衰減器(重複 性小於0.03dB)，提高了測量動態範圍，使測量系統的動態範圍能夠達到20dB，增強了測量 系統在不同功率密度場中的適應性；該測量系統的電磁防護體在設計中儘量減少電不連續 環節的存在，對唯一的電不連續環節——殼體和殼蓋的連接處，採用了三層鈹銅彈片結構 來加強電磁防護能力，採用光纖經截止波導孔(是為了光纖在殼體上專門開的一個通孔，尺 寸滿足X波段電磁波的截止條件)貫通該電磁防護體，即能夠實現數據的接收和發送，又不 影響其屏蔽效能，這些措施保證了該系統在X波段的電磁屏蔽能力優於90dB;通過溫度傳感器和散熱風扇的使用，使系統具備一定的溫度調節的能力，對外場工作條件有了更強的適應性；此外該系統體積小，重量輕(小於10kg)，便於外場測量工作的快速展開。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0027]圖1是X波段高功率微波一體化輻射場測量系統原理結構框圖；
[0028]圖2是波導同軸轉換器結構圖，其中，Ca)是主視圖，(b)是剖視圖；
[0029]圖3是殼體結構圖，其中，Ca)是主視圖，(b)是剖視圖；
[0030]圖4是殼蓋、截止波導通風窗及鈹銅彈簧片結構圖，其中，Ca)是主視圖，(b)是剖視圖；
[0031]圖5是X波段高功率微波一體化輻射場測量系統防護結構剖面圖；
[0032]圖中，1-天線，2-波導衰減器，3-波導同軸轉換器，4-程控衰減器，5-同軸衰減器，6-檢波器，7-數字轉換器，8-單板電腦，9-光纖收發器，10-監控計算機，11-控制器， 12-電壓轉換模塊,13-聚合物鋰電池，14-電磁防護體,15-殼體,16-殼蓋,17-鈹銅彈簧片，18-散熱風扇，19-截止波導通風窗,20-溫度傳感器。
【具體實施方式】
[0033]下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。
[0034]如圖1所示，高功率微波輻射場信號由天線I進入測量系統，經過BJ100型波導衰減器2，波導同軸轉換器3 (BJ100-SMA)，程控衰減器4和同軸衰減器5，由檢波器6檢出脈衝信號的包絡波形，該波形由數字轉換器7採集後通過PCI接口發送給作為處理計算機的單板電腦8進行存儲，對測量系統進行嚴格定標後，由波形的幅值即能夠計算出輻射場的功率密度值。考慮到波導同軸轉換3及其後端系統的功率容量，應控制進入該器件信號的平均功率不大於30dBm (連續波)或峰值功率不大於50dBm (脈衝寬度小於10 y S)。
[0035]計算輻射場的功率密度值的前提條件是在高功率微波輻射場信號的頻率下，將天線的增益、天線的有效面積、波導衰減器的衰減量、波導同軸轉換器的插入損耗、程控衰減器的衰減量、同軸衰減器的衰減量、檢波器輸入功率水平與輸出波形幅度的對應關係進行嚴格的標定。
[0036]計算公式為:
【權利要求】
1.一種X波段高功率微波一體化輻射場測量系統，包括天線、波導衰減器、波導同軸轉 換器、程控衰減器、同軸衰減器、檢波器、數字轉換器、單板電腦、光纖收發器和監控計算機， 其特徵在於:高功率微波輻射場信號由天線接收後，經過波導衰減器進行功率衰減，經過波 導同軸轉換器傳輸至程控衰減器，再依次經過程控衰減器和同軸衰減器進行功率衰減，由 檢波器檢出高功率微波輻射場信號的包絡波形，該包絡波形由數字轉換器採集後發送給單 板電腦，計算出天線所處位置的高功率微波輻射場功率密度值，監控計算機通過光纖收發 器對數字轉換器的採集波形、溫度傳感器採集的環境實時溫度進行監視；對數字轉換器的 參數和程控衰減器的衰減量進行控制。
2.根據權利要求1所述的X波段高功率微波一體化輻射場測量系統，其特徵在於:所 述的波導同軸轉換器、程控衰減器、同軸衰減器、檢波器、數字轉換器、單板電腦、光纖收發 器和溫度傳感器安裝在電磁防護體內，電磁防護體包括殼體和殼蓋，殼體為上端開口的長 方體空腔，底部外側有一凸臺，凸臺頂面尺寸等于波導同軸轉換器的法蘭端面尺寸，凸臺上 開一矩形貫通孔，波導同軸轉換器的同軸接口 一端從殼體外側沿矩形貫通孔插入殼體，直 到波導同軸轉換器的法蘭端面同凸臺頂面搭接，法蘭和凸臺沿搭接縫隙進行360°焊接，焊 接採用氣體保護焊或真空焊接，波導同軸轉換器的法蘭端面開四個非貫通的螺釘孔，用以 和波導衰減器的法蘭連接和緊固；殼蓋與殼體上端開口吻合，外沿焊有三層鈹銅彈簧片，實 現殼蓋和殼體的良好電接觸，殼體上端開口處的邊沿高出殼蓋1.5cm。
【文檔編號】G01R21/133GK203422424SQ201320209650
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年4月22日 優先權日:2013年4月22日
【發明者】史鵬飛, 蔣廷勇, 劉小龍, 李鵬輝, 閆軍凱, 葉虎, 景洪, 晏峰 申請人:中國人民解放軍63655部隊