[发明专利]一种高温流体材料介电性能远距离测试装置及其测试方法

说明书

本发明提供一种高温流体材料介电性能远距离测试装置，属于介电性能测试领域。该装置通过在谐振腔上加载点聚焦天线，将待测材料放置于点聚焦天线的焦点处，将介质材料对天线辐射的影响转化为谐振腔谐振参数的变化，从而实现待测材料的介电性能测量，整个测试过程中，无需与待测材料接触即可实现介电性能测试，具有测试灵敏度高、作用距离远等特点，且测试装置简单易安装，适合现场原位检测。除此之外，本发明装置在待测材料位置固定的情况下，可将测试装置放置于移动平台上，通过移动测试装置，可以实现流体材料这种具有分布不均匀特殊材料的不同位置的等效介电性能测试。

技术领域

本发明属于介电性能测试领域，涉及一种介电性能远距离测试装置，具体涉及一种高温流体材料介电性能远距离原位测试用天线加载谐振装置及其测试方法。

背景技术

随着现代航天、火箭和导弹技术的快速发展，飞行器飞行速度已达到高超声速级别。当飞行器以如此高速度飞行时，其表面与周围气体的相互作用会产生高温流场。因此，准确获取此类流场的电子数密度及介电性能等关键参数，对解决飞行器通信及瞄准问题有着至关重要的意义。

目前，针对高温高压等极端环境下的流体材料(如喷气发动机尾焰、高温等离子体、高温气体等)，传统的介电性能测试方法表现出了很大的局限性。例如，专利号为CN93214615.5的“等离子体探针诊断试验仪”专利中提供的探针测试法需要将探针伸入材料内部进行接触测试，不仅会对待测流体材料产生扰动，同时探针也难以承受极高温；专利号为CN201711279106.X的“一种超高声速二维等离子体鞘套的测试系统及方法”专利中提供的基于天线传输/反射法虽然可以实现远距离非接触测试，但测试精度不高；专利号为CN201310247383.8的“一种利用准光学谐振腔快速实时诊断等离子体的新方法”专利中提供的准光腔法能够实现非接触式高精度测试，但待测材料需穿过腔体，且准光腔反射镜与待测材料需保持足够安全距离，限制了待测材料尺寸，无法针对大面积高温流体材料进行测试。

除此之外，等离子体本身是由产生处到外围的不均匀分布状态，使得不同位置的等离子体的介电性能参数会有不同，并且在特定情况下，需要进行局部位置测试得到其介电性能。

发明内容

针对背景技术所存在的问题，本发明的目的在于提供一种高温流体材料介电性能远距离原位测试用天线加载谐振装置。该装置通过在谐振腔上加载点聚焦天线，将待测材料放置于点聚焦天线的焦点处，将介质材料对天线辐射的影响转化为谐振腔谐振参数的变化，从而实现待测材料的介电性能测量。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种高温流体材料介电性能远距离测试装置，包括谐振腔、点聚焦天线、矩圆过渡器、微波电缆和矢量网络分析仪；所述谐振腔包括一个强耦合端口和两个弱耦合端口，所述强耦合端口通过矩圆过渡器连接点聚焦天线，所述弱耦合端口通过微波电缆连接矢量网络分析仪；所述两个弱耦合端口对称设置于谐振腔内壁底面半径方向磁场最强处，所述强耦合端口设置于谐振腔侧壁中心处。

进一步地，所述谐振腔的工作模式为TE₀₁₁谐振模式。

进一步地，所述谐振腔内壁半径a和高度l根据谐振腔工作模式进行设计。

进一步地，所述谐振腔为高Q型圆柱谐振腔，弱耦合端口通过环耦合实现，强耦合端口通过孔耦合或缝耦合实现。

进一步地，所述点聚焦天线包括圆锥喇叭和介质透镜，所述介质透镜设置于圆锥喇叭口径处；所述圆锥喇叭馈电端口为矩形波导，与谐振腔的强耦合端口连接，矩形波导通过矩圆过渡器过渡到圆锥喇叭；所述介质透镜为双凸透镜，辐射方向一侧的焦距根据测试距离进行设计。

基于上述高温流体材料介电性能远距离测试装置测试材料介电性能的方法，具体为：将待测材料放置于点聚焦天线焦点处后，通过矢量网络分析仪对谐振腔的谐振频率和品质因数两个谐振参数变化量进行测量，进而反演待测材料的介电性能。