[發明專利]一種脈沖高功率現場校準裝置和方法

有效

• 申請號: 202011501604.6
• 申請日: 2020-12-18
• 公開（公告）號: CN112558001B
• 公開（公告）日: 2023-03-21
• 發明（設計）人: 彭博;何巍;齊萬泉
• 申請（專利權）人: 北京無線電計量測試研究所
• 主分類號: G01R35/04
• 分類號: G01R35/04
• 代理公司: 中國航天科工集團公司專利中心 11024
• 代理人: 張國虹

本發明公開了一種脈沖高功率現場校準裝置和方法。其中，所述脈沖高功率現場校準裝置，包括：輻射天線、脈沖場強測量系統和數據處理系統。輻射天線與待測脈沖功率源連接，用于發射電磁波信號；脈沖場強測量系統，用于測量所述電磁波信號覆蓋區域內的峰值場強；數據處理系統，與所述脈沖場強測量系統連接，用于采用輻射場積分算法根據所述峰值場強確定所述待測脈沖功率源的輸出參數。本發明提供的脈沖高功率現場校準裝置和方法，基于輻射場積分法進行測量，能夠實現C波段(4GHz～8GHz)峰值10MW的脈沖功率的現場校準，且具有校準精確、結構簡單、便于攜帶等優點。

技術領域

本發明涉及脈沖校準技術領域，特別是涉及一種脈沖高功率現場校準裝置和方法。

背景技術

隨著科學技術的飛速發展以及電子技術在電子系統中的廣泛應用，脈沖高功率微波以其獨特的技術優勢，進入一個迅速發展的時期。

脈沖高功率微波技術是高功率微波研究的關鍵技術之一。俄羅斯、美國、日本和西歐等國家和地區都對脈沖高功率微波技術投入大量的資金展開研究，使其在功率上已經達到了兆瓦甚至吉瓦級水平。中國近年來也在脈沖高功率微波基礎物理和關鍵技術方面得到了快速發展。隨著脈沖功率的進一步提高，其峰值功率達到兆瓦以上，這給脈沖高功率微波的測量與校準技術提出了更高的要求。分析世界對脈沖高功率的研究及發展狀況，其涵蓋的相關無線電參數涉及脈沖波形、頻譜、功率、輻射場、相位以及模式等各個方面。其中較為常見的測量技術主要有探針耦合法、量熱式測量法、功率探測器測量法、耦合器級聯測量法和輻射場功率陣列測量法等。

1)探針耦合法

當探針的直徑遠小于被測微波的波長時，探針可以較為準確地耦合出要測量模式的功率包絡波形，即探針耦合一定的功率，再通過連接微波電纜、測單次微波脈沖頻率的方波導色散線和晶體檢波器，直接用高頻示波器測得經過色散線和未經過色散線的功率包絡波形，從而換算出真實的高功率微波功率和頻率。同軸電探針耦合器測量方法作為一種近似測量方法，具有結構簡單、使用方便，可以對脈沖功率實時監測等特點，但是因要測量的脈沖高功率功率微波除主模外，還存在其它模式，使測量結果不精確，其準確給出功率較為困難，且易擊穿，其擊穿功率遠遠小于波導自身的功率容量，限制了其運用范圍。

2)量熱式測量法

量熱式測量方法也稱為能量計法，這種方法主要對脈沖高功率的能量進行測量。其方式是阻擋式測量。基本原理是：用能量吸收體將微波脈沖能量變換為熱能，然后測量吸收器的溫升來確定微波脈沖能量。測量系統主要由吸收體、溫升敏感元件和記錄系統等組成。常用的吸收體主要有酒精、水、石墨以及各種金屬薄膜等。酒精或水與毛細管溫度計組成的測量系統是一種典型的量熱式脈沖高功率測量方法。

人射的微波能量被吸收液體吸收，液體的溫度升高，同時體積膨脹，測量液體溫度變化或體積的膨脹量就可以推算出液體吸收的微波能量。體積變化通過液位傳感器測量。液位傳感器是一段空氣同軸線，當酒精吸收微波能量體積膨脹后，有一部分酒精進入空氣同軸線，這是同軸線的電容量就增大，通過測量同軸線的電容就可以推算酒精的體積膨脹量。

作為量熱式能量計，應選擇體熱膨脹系數大、比熱和密度小的液體(如酒精)做吸收體，同時應盡量減小毛細管的內半徑；毛細管中的高度升高與使用的液體量無關，但量不宜太大，否則將會造成環境溫度變化的影響太大，應盡量使使用的酒精量減小。盡管不同的情況需要建立不同的微波脈沖量熱計，但是在建立量熱計時都要注意：盡量使吸收體與波導的特性阻抗相匹配，減小反射系數；在脈沖高功率功率情況下注意擊穿問題；根據實際情況來選擇系統的靈敏度。其測量的精度和范圍與吸收體、溫升敏感元件和記錄系統等有關。單脈沖高功率的能量一般較小，所以要選取對微波具有好的吸收性能但熱容量較小的材料。吸收體形狀主要根據測量對象的場型和靈敏度要求來確定。溫升敏感元件主要有毛細管溫度計、壓力微分傳感器或熱敏電阻等。能量計測量微波能量其原理和結構簡單，環節少；工作頻帶相對較寬；測量范圍大；回避了脈沖高功率非單頻、多模的問題；但屬于阻擋式測量，不能用于實時監測。

3)功率探測器測量法