[發明專利]一種毫米波高功率密度大束斑時空分布測量裝置

有效

• 申請號: 201410768539.1
• 申請日: 2014-12-15
• 公開（公告）號: CN104515594A
• 公開（公告）日: 2015-04-15
• 發明（設計）人: 薛長江;余川;孟凡寶;屈勁;施美友;陳世韜;石小燕;鄭強林
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院應用電子學研究所
• 主分類號: G01J1/42
• 分類號: G01J1/42
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 卿誠;吳彥峰

技術領域

本發明涉及毫米波測量技術領域，具體是指一種毫米波高功率密度大束斑時空分布測量裝置。

背景技術

毫米波同時具有微波和紅外波段的特點，一直受到研究人員的關注。近年來，特別是在國際熱核聚變ITER、毫米波無線輸能、毫米波雷達、毫米波主動拒止等民用、軍用推動下，伴隨著大功率回旋管等電真空技術的發展，毫米波技術向更高功率、更高頻率的方向發展，其系統自由空間傳輸的波束功率密度以達到了瓦級/平方厘米，束斑直徑已從毫米級擴展到了米級。這種毫米波束斑由于頻率高、功率密度大、束斑直徑大，在自由空間傳輸過程中由于周圍環境引起的反射和多徑效應越發明顯，造成的結果是波束束斑時間、空間分布畸變，嚴重影響了系統性能。因此，急需研制出大功率密度波束測量系統來對波束的時空分布進行研究。

我國從二十世紀末開始研究毫米波測量系統。近年來，在國內同行業中南京理工大學處于領先水平，在毫米波探測系統研究工作中取得了較多的成果。但大多數的研制的測量系統，大多數都是針對低功率密度、小束斑的功率測試（比如南京理工大學李興國教授團隊研制的毫米波探測系統）或者是低頻段高功率測試（張治強，王宏軍，張黎軍，等.高功率微波輻射場功率陣列測量裝置研制[J].強激光與粒子束,?2010,?22(4):?883-886）。目前，國內外針對毫米波大功率密度大束斑時空分布測量，都采用紅外熱像這種方式，即利用毫米波束斑照射到諸如熱敏紙等可發熱體上，將毫米波能量轉換為熱量，然后通過成熟的紅外熱成像系統得到發熱體上的溫度分布，根據該溫度分布來倒推得到毫米波束斑分布（楊顯志，宮玉彬，王文祥.紅外熱像法測毫米波介質透鏡天線的焦斑[J].中國測試技術,?2008,?34(3):?1-3）。但發熱體受毫米波作用溫度升高的過程是毫米波功率進行累積發熱的過程，是一個能量疊加的過程，同時其溫度分布受到可發熱體材料物理特性、材料的均勻度、溫度擴散、周圍環境等多方面復雜因素的影響，另外現有的紅外熱像裝置每秒采樣率較低（百萬元量級的紅外成像設備，只有100幀/秒），這些因素造成無法精確、快速的完成對毫米波束斑時間和空間分布的測量（特別是毫米波剛開始作用到發熱體，而發熱體的溫度未開始變化時）。因此人們希望有一種毫米波高功率密度大束斑時空分布測量裝置，可精確、快速測量毫米波高功率密度大束斑時空分布，促進毫米波相關技術的發展和應用。

發明內容

本發明的目的是為了完成毫米波高功率密度大束斑時空分布測量，提供一種毫米波高功率密度大束斑時空分布測量裝置。該裝置可精確、快速完成毫米波高功率密度大束斑時空分布測量。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種毫米波高功率密度大束斑時空分布測量裝置，該裝置由毫米波接收陣列和數值信號處理系統組成，所述毫米波接收陣列包括接收陣列天線、衰減器以及檢波器，所述數值信號處理系統包括數值采集和數值處理；所述陣列天線的輸出端與衰減器的輸入端連接，衰減器的輸出端與檢波器的輸入端連接，檢波器輸出端與數值信號處理系統的輸入端連接。

在上述技術方案中，所述接收陣列天線為毫米波信號接收天線，其天線單元的形式包括但不限于開口波導天線、矩形喇叭、微帶天線。

在上述技術方案中，所述天線單元的空間排布距離小于或等于被測束斑所需最小空間分辨距離。

在上述技術方案中，所述接收陣列天線輸出端的輸出阻抗與衰減器輸入端的輸入阻抗相匹配。

在上述技術方案中，所述衰減器為毫米波信號衰減裝置，包括但不限于衰減器、耦合器。

在上述技術方案中，所述衰減器的衰減量大于或等于衰減器的最大輸入功率與檢波器可承受的功率之差。

在上述技術方案中，衰減器的輸出阻抗與檢波器的輸入阻抗相匹配。

在上述技術方案中，所述檢波器為毫米波半導體檢波器，檢波器的輸出阻抗與數值信號處理系統的輸入阻抗相匹配。

在上述技術方案中，所述吸波材料為毫米波吸波材料，吸波材料形式包括但不限于泡沫式、橡膠式、硅膠涂敷等形式。

本發明的測量裝置的工作原理為：通過接收陣列天線將被測毫米波束斑按照空間分布分解，然后通過檢波器實現每一路毫米波信號向電信號的同步轉化，最后采用成熟的數值信號處理系統完成每一路信號隨時間變化的采樣、處理和在計算機上實現的全束斑時間和空間信息顯示，最終完成對毫米波高功率密度大束斑時空分布的測量。