[发明专利]基于相心旋转的微波测量方法及测量系统

说明书

本发明提供一种基于相心旋转的微波测量方法，包括在被测辐射喇叭上方放置转动装置，设置在转动装置悬臂的远端设置微波接收天线；调节转动装置的旋转中心线位置，使被测辐射喇叭的相心位于转动装置的旋转中心线上；调节微波接收天线，使之对准被测辐射喇叭的相心；转动装置转动的同时，微波接收天线接收被测辐射喇叭的微波信号，进行连续或步进测量。本发明通过摇臂从结构上建立了测量系统与辐射相心的关联，通过激光对心装置保证了摇臂旋转的中心对准相心，实现了测量装置对辐射系统相心的精确瞄准，并保证了摇臂旋转中测量装置始终指向辐射相心，解决了传统测量方法无法精确找准相心的问题。

技术领域

本发明属于机械自动化领域和高功率微波(HPM)领域，发明了一套基于相心旋转的微波测量方法及测量系统。

背景技术

在高功率微波(HPM)技术研究中，HPM源的功率是评价HPM源性能的主要指标之一，由于HPM具有峰值功率高、脉冲短、单脉冲或脉冲串等特点，许多常规微波功率测量方法在高功率微波功率测量中不能直接使用。目前HPM源的功率测量一般采用在线耦合测量法、辐射场功率密度积分法和量热计法，辐射场功率密度积分法是通过对辐射场功率密度分布进行测量，然后积分得到高功率微波源功率的方法，被国内外许多研究机构广泛认可和采用。

采用辐射场功率密度积分法测量时，需要在辐射场中测量各点的功率密度，积分即可得到微波源的辐射功率，系统构成示意图图1所示。辐射场测量系统放置在测量支架上，接收天线垂直高度与辐射喇叭高度保持一致，通过多次测量获得微波源辐射功率。如果HPM源不稳定，则还需要有一个测量喇叭固定不动，以确定各次测量的相对值。对下图所示的测量系统，辐射总功率由下式计算：

其中，A_i是第i、i+1个测点之间的球台侧面积；A_i＝2πR²(cosθ_i-cosθ_i+1)。S_i为第i个测点处的功率密度，θ_i为第i个测点与辐射喇叭中轴之间的夹角。

实际测量过程为：(1)确定辐射喇叭1相心位置；(2)由天线远场计算公式2D²/λ以及测试场地情况，确定接收天线2相心与馈源相心距离R；(3)架设接收天线，使接收天线高度与辐射喇叭高度保持一致；(4)连接电缆3、定向耦合器、衰减器4、检波器5等HPM测量器件，完成测量系统的连接；(5)调整接收喇叭口面使其指向辐射喇叭相心，使接收喇叭相心与辐射喇叭相心距离为R。开始测量，HPM源每工作一次，数据采集系统采集信号波形，手动读取并记录信号幅值以及接收喇叭的角度信息θ_i，记录完该组数据后，人工移动接收喇叭至下一位置；(6)重复步骤(5)直至完成所有位置的测试。将记录的数据按照标定数据进行处理，并依据上式计算HPM源辐射总功率。

由以上测量过程可知，目前该方法存在的主要问题是：

(1)辐射场测量是基于对辐射球面波的积分来完成的，球面波的中心为辐射喇叭的相心，然而现有的辐射场测量方法中，测量系统与辐射系统是分开的，没有物理连接，因此，无法保证测量系统是对准辐射相心；

(2)由于无法准确确定相心，因此现有辐射场测量中，测试点相对相心的位置，测试系统的指向都存在较大的偏差，导致测量结果有较大的误差；

(3)为了获得辐射的方向图分布和积分获得功率，需要测试不同点的功率密度，然而，现有的测试方法通常采用人力的方式来移动，无法保证重复精度，同时效率很低；

(4)现有的辐射场测量系统位于强电磁辐射环境中，微波信号经接收喇叭、定向耦合器后，需要经过一段微波电缆，进入衰减器和检波器，将微波信号转化为视频信号，再进行数据采集；微波电缆的存在，导致了测量系统具有较大的测量不确定度。

发明内容