CN101101267A

CN101101267A - 雷达吸波涂层吸收特性现场测量仪

Info

Publication number: CN101101267A
Application number: CNA2007100427295A
Authority: CN
Inventors: 徐得名; 钮茂德; 颜锦奎; 管绍朋
Original assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Current assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2007-06-26
Filing date: 2007-06-26
Publication date: 2008-01-09

Abstract

本发明涉及一种雷达吸波涂层吸收特性现场测量仪。它包括一各种目标上个喇叭探头，喇叭探头通过一个宽频带波导-同轴转换接头，直接连接或通各种目标上过电缆连接一个含微波信号源的微波反射计。喇叭探头为宽带H面展开的角锥喇叭探头。含微波信号源的微波反射计连接计算机。本发明适用于雷达吸波涂料和各种目标上已经涂覆的涂层的反射率的现场检测以及涂层施工过程中的在线检测和控制。

Description

雷达吸波涂层吸收特性现场测量仪

技术领域

本发明涉及一种雷达吸波涂层吸收特性测量仪，特别是一种雷达吸波涂层吸收特性现场测量仪。

背景技术

雷达吸波材料涂层是当前飞行体(机、弹)、舰艇实现隐身、减小雷达散射截面(RCS)的重要途径。而涂层材料吸收性能的好坏是实现隐身效果的关键，因此对材料吸收性能准确测量、评估是实现隐身的关键。

过去数十年来，人们主要采用以下实验室测量方法进行测量：

1、暗室测量技术：在一定尺寸(为18×18cm²)的标准金属平板上面，涂覆0.5-1mm厚度的待测吸收材料，在一个专门的暗室内通过散射测量，得出吸波材料反射率(RAMR)。

2、弧形框测量技术：该方法由美国海军研究室最早提出，也是目前实验室测量RAMR主要方法。由一个垂直放置的木质半弧形框架，上面安装一对收、发喇叭，可以沿园弧滑动，喇叭发射方向对准圆弧圆心，被测材料涂在18×18cm²金属平板上，厚度与上面暗室法相同，该平板放在园弧框圆心位置。根据发射接受喇叭功率对比，可以得到材料反射率参数(RAMR)。

3、S参数测量技术：将材料压成块状，放入波导或硬同轴线结构的样品架内，通过测量S参数得出材料的吸收系数。

上述三种方法都可以用来评估吸收材料性能的好坏，但都只能限于在实验室进行，不能到现场测量。然而实际工作中，比如要对已经涂覆在飞行体上的隐身材料进行跟踪测量，或者在材料涂覆施工过程中对涂层吸收特性的在线检测控制等，上述实验室测量方法就不适用了，必需寻求新的现场测量方案。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的缺陷，提供一种雷达吸波涂层吸波特性现场测量仪，适用于雷达吸波涂料和各种目标上已涂涂层反射率的现场检测以及涂层施工过程中的在线检测和控制。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

该雷达吸波涂层吸收特性现场测量仪，包括一组喇叭探头(4只)，其特征在于所述的喇叭探头通过一个宽频带波导-同轴转换接头，直接连接或经电缆连接至一个含微波信号源的微波反射计。

上述的喇叭探头为宽带H面展开的角锥喇叭探头计有C₁、C₂、X和Ku四种波段的喇叭探头，该四种波段喇叭探头频宽依次为C₁：3.9-5.85GHz，C₂：5.85-8.2GHz，X：8-12.4GHz和Ku：12-18GHz，其组合起来能覆盖宽达3.8-18GHz的频段。

上述的含微波信号源的微波反射计采用中国电子科技集团公司四十一研究所出品的AV3626型带微波信号源的微波反射计。

上述的含微波信号源的微波反射计连接一个计算机。

上述的计算机连接一个打印机。

本发明与现有实验室测量技术相比较，具有如下突出的实质性特点和显著优点：

1、如前面背景技术所述，过去数十年来，人们惯用的暗室测量和弧形框测量技术只限于实验室。一方面设备庞大，电磁波需通过一定距离的自由空间传播，另一方面要求样品的面积要大(为18×18cm²)，因此无法用于现场测量。本发明技术根据电磁场理论和电磁仿真设计而成的喇叭探头具有波阻抗转换功能，其结构紧凑，所占测试空间小，因而测试样品取样面积也小，其中最大面积(C₁波段)为11.7×2.2cm²，而最小面积(Ku波段)仅为4.2×0.8cm²，因此特别适用于现场测量。

2、喇叭探头具有超宽频带工作范围。通过4只探头组合能覆盖C₁，C₂，X和Ku等4个波段的频率范围(3.8GHz-18GHz)。且通过数据处理软件，各探头起止频率的测试数据相互衔接良好。因此通过扫描测量，可以获得跨越4个波段的材料反射率频响曲线和数据。

3、探头波形转换效率高，其高次模成分很少，回波损耗低。

4、本测试仪采用了近代测量仪器的先进技术如宽带数字扫描技术，快速数据采集、和处理与储存技术等，使得小型袖珍现场测试仪具有现代测量仪器的优点与功能。

5、实测效果

本发明经和国内权威测量单位进行多次测试比对，并在实际现场进行测量，都取得令人满意的好结果，达到预定指标。

附图说明

图1是本发明一个实施例的结构示意图。

图2是图1示例中的喇叭、宽频带波导-同轴转换接头和电缆之间的连接结构示意图。

图3是宽带H面展开的角锥喇叭探头外形照片图。

图4是图3所示喇叭H面上的磁场分布图。

图5是图3所示喇叭口径面上的电磁场分布图。

图6是喇叭探头贴置于目标上涂层进行测量的示意图。

图7是本发明的现场测量仪系统框图。

图8是喇叭探头电场分布的仿真图。

图9是位于喇叭口径处主模TE₁₀分布曲线图。

图10是位于喇叭口径处高次模分布曲线图。

图11是一个X波段喇叭的具体尺寸标示图。

具体实施方式

本发明的一个优选实施例结合附图详述如下：

参见图1和图2，本雷达吸波涂层吸收特性现场测量仪含有一个喇叭探头2，喇叭探头2通过一个宽频带波导-同轴转换接头3，直接连接或经电缆5连接一个含微波信号源的微波反射计4。

含微波信号源的微波反射计4，国内外市场均有现成商品；本实施例选用中国电子科技集团公司四十一研究所产品AV3626；电缆5为同轴连接电缆；宽频带波导-同轴转换接头3。如需要，也可以将反射计和波导-同轴转换接头直接连接，不需要连接电缆。本实施例的宽频带波导-同轴接头3选用美国Agilent公司产品；喇叭式探头2既是测量探头又是准平面波发生器；测量目标为已经涂覆吸波涂层的飞行目标。图2给出了波导-同轴转换接头3和喇叭探头2、同轴电缆3的连接图。

测量原理：

由含微波信号源的微波反射计4产生的微波通过同轴电缆5传送至同轴-波导转换接头3，再由该转换接头将微波传送至喇叭探头2，(比如C1频段的喇叭)，微波通过该喇叭探头2，其波导波阻抗转换为类似平面波(TEM波)的波阻抗，从而使到达喇叭口处的微波近似为平面波。该平面波入射到涂层表面1，就和雷达波照射到涂层表面1的情况类似，其中一部分被材料吸收，剩下部分被反射回喇叭探头2，再传送回反射计4。被测涂层吸波性能越好，则被反射回的微波能量越少，由反射计4读数就得出材料在所测C1频段的反射率，将之输入计算机6(见图7)存储。相继更换不同频段喇叭(C2、X、Ku)频段喇叭，用同样步骤操作测量材料在不同频段的反射率，并输入计算机6，通过软件进行数据处理，最后得出待测材料从C1～Ku频段的反射率频响曲线或数据。

本发明的创新点：

如前所述，无论是暗室测量法或弧形框法都是在空间产生一平面波来模拟雷达波进行测量。但由于所占空间大，被测样品面积也大(通常18×18cm²)，不适用于现场。

本项目研究成功的这种独特的喇叭探头，能将波导中传输的电磁波波形和波阻抗转变成与自由空间平面波相近似，这样在探头口径与待测目标表面接触处，电磁波的反射率就相当于暗室方法或弧形框方法测量得到的反射率，也就相当於雷达波照射的反射率。正是基於这种波阻抗变换功能的探头，使得该测量仪具有小型、快速、便捷、被测样品面积小等优点，十分适用于现场测量。

宽带喇叭探头结构及其优化设计：

理想的喇叭探头2要求波形转换好、高次模含量低、匹配良好、频带宽、体积小等优点。运用电磁场理论和数值计算并运用电磁仿真ARCSO软件分别设计出C₁、C₂、X和Ku等4个波段的宽带H面(即矩形波导的宽边)展开的角锥喇叭探头，其波阻抗与平面波阻抗十分接近。该4只喇叭探头的频宽依次为：C1(3.9-5.85GHz)，C2(5.85-8.2GHz)，X(8-12.4GHz)，和Ku(12-18GHz)，组合起来能覆盖宽达3.8-18GHz的频段。

图3示出喇叭探头立体图，图4为喇叭H面上的磁场分布图，图5为喇叭口径面上的电磁场分布。

图8给出喇叭探头电场分布的仿真结果；图9为喇叭口径处主模电场分布；图10为喇叭口径处高次模电场分布。可以看出在喇叭口径处，高次摸的能量要比主模的能量小得多，对主模影响不大。另一方面，在喇叭口径中间区域，主模的电场幅度分布相当均匀，类似于平面波，满足预定的设计目标。图11给出X波段探头喇叭的具体尺寸例子。

Claims

1.一种雷达吸波涂层吸收特性现场测量仪，包括一个喇叭探头(2)，其特征在于所述的喇叭探头(2)通过一个宽频带波导-同轴转换接头(3)，直接连接或经电缆(5)连接一个含微波信号源的微波反射计(4)。

2.根据权利要求1所述的雷达吸波涂层吸收特性现场测量仪，其特征在于所述的喇叭探头(2)为宽带H面展开的角锥喇叭。

3.根据权利要求2所述的雷达吸波涂层吸收特性现场测量仪，其特征在于所述的宽带H面展开的角锥喇叭探头有C₁、C₂、X和Ku四种波段的喇叭探头，该四种波段喇叭探头频宽依次为C₁：3.9-5.85GHz，C₂：5.85-8.2GHz，X：8-12.4GHz和Ku：12-18GHz，其组合起来能覆盖宽达3.8-18GHz的频段。

4.根据权利要求1所述的雷达吸波涂层吸收特性现场测量仪，其特征在于所述的含微波信号源的微波反射计(4)采用中国电子科技集团公司四十一研究所出品的AV3626型带微波信号源的微波反射计。

5.根据权利要求1所述的雷达吸波涂层吸收特性现场测量仪，其特征在于所述的含微波信号源的微波反射计(5)连接一个计算机(6)。

6.根据权利要求1所述的雷达吸波涂层吸收特性现场测量仪，其特征在于所述的计算机(6)连接一个打印机(7)。