[发明专利]X波段高功率微波一体化辐射场测量系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种高功率微波辐射场测量装置。

背景技术

高功率微波外场测量系统对于高功率微波研究中的参数测量、诊断等工作都有重要的作用。目前高功率微波辐射场测量系统的基本构成如文献“陈宇.远场法高功率微波功率测量中若干问题的研究[D].国防科学技术大学硕士论文,2005（P6～P7）.”中提到的，该类系统组成面临以下难题：一是存在电磁防护的薄弱环节，强电磁环境易对测量结果产生干扰；二是测量系统移动测量位置带来检波器前端的重复连接，对其测量结果的可靠性造成了影响；三是不具备衰减调节能力，测量动态范围小。

另一类是基于波导系统探针耦合的测量系统如文献“屈劲,刘庆想,等.高功率微波辐射场功率密度测量系统[J].强激光与离子束,2004,16(1),77～80.”所述，该类型系统同样存在易受外部电磁场干扰和测量动态范围小等问题。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种X波段高功率微波一体化辐射场测量系统，集电磁防护、衰减量调节、信号检波、数据采集及处理、远程监控和光纤数传等功能于一体，结构紧凑，简便易携（重量约10kg）、易于外场测量的快速展开；提高了系统整体的电磁防护能力，增加了测量的动态范围（大于20dB），对测量不同功率水平的辐射场有了更强的适应性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：包括天线、波导衰减器、波导同轴转换器、程控衰减器、同轴衰减器、检波器、数字转换器、单板电脑、光纤收发器和监控计算机。

高功率微波辐射场信号由天线接收后，经过波导衰减器进行功率衰减，经过波导同轴转换器传输至程控衰减器（传输线结构由波导结构改变为同轴结构，利于减小后端传输线的体积），再依次经过程控衰减器和同轴衰减器进行功率衰减（程控衰减器可以实现信号功率衰减量的计算机控制，同轴衰减器通常和后端的检波器一起使用，该组合检波结构有较小的驻波，可以减少检波波形的畸变量），由检波器检出高功率微波辐射场信号的包络波形，该包络波形由数字转换器采集后发送给单板电脑，计算出天线所处位置的高功率微波辐射场功率密度值，监控计算机通过光纤收发器对数字转换器的采集波形、温度传感器采集的环境实时温度进行监视；对数字转换器的参数和程控衰减器的衰减量进行控制。

所述天线所处位置的高功率微波辐射场功率密度值，

W——天线所处位置的高功率微波辐射场功率密度值，单位：mW/cm²；

G——天线增益，单位：dB；

A_w——波导衰减器的衰减量，单位：dB；

IL_w-c——波导同轴转换器的插入损耗，单位：dB；

A_p——程控衰减器的衰减量，单位：dB；

A_c——同轴衰减器的衰减量，单位：dB；

P_d——检波波形幅度对应的输入功率值，单位：dBm；

S——天线有效接收面积，单位：cm²。

进入所述波导同轴转换器的信号的平均功率不大于30dBm（连续波）或峰值功率不大于50dBm（脉冲宽度小于10μs）。

所述程控衰减器的衰减量按照1dB的步进，在0～11dB范围内连续调节。

所述检波器输入信号频率范围：DC～18GHz，波形输出幅度小于150mV，响应时间小于2ns。

所述数字转换器选用的带宽：500MHz，最高采样率：2GS/s，能够完成对检波器输出波形的不失真采样。

所述的波导同轴转换器、程控衰减器、同轴衰减器、检波器、数字转换器、单板电脑、光纤收发器和温度传感器安装在电磁防护体内，电磁防护体包括壳体和壳盖。壳体为上端开口的长方体空腔，底部外侧有一凸台，凸台顶面尺寸等于波导同轴转换器的法兰端面尺寸，凸台上开一矩形贯通孔，波导同轴转换器的同轴接口一端从壳体外侧插沿矩形贯通孔插入壳体，直到波导同轴转换器的法兰端面同凸台顶面搭接，法兰和凸台沿搭接缝隙进行360°焊接，焊接采用气体保护焊或真空焊接，波导同轴转换器的法兰端面开四个非贯通的螺钉孔（避免了传统贯通孔形成的进入电磁防护体的耦合通道），用以和波导衰减器的法兰连接和紧固。壳盖与壳体上端开口吻合，外沿焊有三层铍铜弹簧片，实现壳盖和壳体的良好电接触，壳体上端开口处的边沿高出壳盖1.5cm。