[發明專利]基于相心旋轉的微波測量方法及測量系統

有效

• 申請號: 201611245735.6
• 申請日: 2016-12-29
• 公開（公告）號: CN106771667B
• 公開（公告）日: 2019-05-03
• 發明（設計）人: 宋瑋;田稷源;胡祥剛;張立剛;譚維兵;李小澤
• 申請（專利權）人: 西北核技術研究所
• 主分類號: G01R29/08
• 分類號: G01R29/08
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 汪海艷

本發明提供一種基于相心旋轉的微波測量方法，包括在被測輻射喇叭上方放置轉動裝置，設置在轉動裝置懸臂的遠端設置微波接收天線；調節轉動裝置的旋轉中心線位置，使被測輻射喇叭的相心位于轉動裝置的旋轉中心線上；調節微波接收天線，使之對準被測輻射喇叭的相心；轉動裝置轉動的同時，微波接收天線接收被測輻射喇叭的微波信號，進行連續或步進測量。本發明通過搖臂從結構上建立了測量系統與輻射相心的關聯，通過激光對心裝置保證了搖臂旋轉的中心對準相心，實現了測量裝置對輻射系統相心的精確瞄準，并保證了搖臂旋轉中測量裝置始終指向輻射相心，解決了傳統測量方法無法精確找準相心的問題。

技術領域

本發明屬于機械自動化領域和高功率微波(HPM)領域，發明了一套基于相心旋轉的微波測量方法及測量系統。

背景技術

在高功率微波(HPM)技術研究中，HPM源的功率是評價HPM源性能的主要指標之一，由于HPM具有峰值功率高、脈沖短、單脈沖或脈沖串等特點，許多常規微波功率測量方法在高功率微波功率測量中不能直接使用。目前HPM源的功率測量一般采用在線耦合測量法、輻射場功率密度積分法和量熱計法，輻射場功率密度積分法是通過對輻射場功率密度分布進行測量，然后積分得到高功率微波源功率的方法，被國內外許多研究機構廣泛認可和采用。

采用輻射場功率密度積分法測量時，需要在輻射場中測量各點的功率密度，積分即可得到微波源的輻射功率，系統構成示意圖圖1所示。輻射場測量系統放置在測量支架上，接收天線垂直高度與輻射喇叭高度保持一致，通過多次測量獲得微波源輻射功率。如果HPM源不穩定，則還需要有一個測量喇叭固定不動，以確定各次測量的相對值。對下圖所示的測量系統，輻射總功率由下式計算：

其中，A_i是第i、i+1個測點之間的球臺側面積；A_i＝2πR²(cosθ_i-cosθ_i+1)。S_i為第i個測點處的功率密度，θ_i為第i個測點與輻射喇叭中軸之間的夾角。

實際測量過程為：(1)確定輻射喇叭1相心位置；(2)由天線遠場計算公式2D²/λ以及測試場地情況，確定接收天線2相心與饋源相心距離R；(3)架設接收天線，使接收天線高度與輻射喇叭高度保持一致；(4)連接電纜3、定向耦合器、衰減器4、檢波器5等HPM測量器件，完成測量系統的連接；(5)調整接收喇叭口面使其指向輻射喇叭相心，使接收喇叭相心與輻射喇叭相心距離為R。開始測量，HPM源每工作一次，數據采集系統采集信號波形，手動讀取并記錄信號幅值以及接收喇叭的角度信息θ_i，記錄完該組數據后，人工移動接收喇叭至下一位置；(6)重復步驟(5)直至完成所有位置的測試。將記錄的數據按照標定數據進行處理，并依據上式計算HPM源輻射總功率。

由以上測量過程可知，目前該方法存在的主要問題是：

(1)輻射場測量是基于對輻射球面波的積分來完成的，球面波的中心為輻射喇叭的相心，然而現有的輻射場測量方法中，測量系統與輻射系統是分開的，沒有物理連接，因此，無法保證測量系統是對準輻射相心；

(2)由于無法準確確定相心，因此現有輻射場測量中，測試點相對相心的位置，測試系統的指向都存在較大的偏差，導致測量結果有較大的誤差；

(3)為了獲得輻射的方向圖分布和積分獲得功率，需要測試不同點的功率密度，然而，現有的測試方法通常采用人力的方式來移動，無法保證重復精度，同時效率很低；

(4)現有的輻射場測量系統位于強電磁輻射環境中，微波信號經接收喇叭、定向耦合器后，需要經過一段微波電纜，進入衰減器和檢波器，將微波信號轉化為視頻信號，再進行數據采集；微波電纜的存在，導致了測量系統具有較大的測量不確定度。

發明內容