CN101666684B - 一种双圆锥腔体串联结构的毫米波黑体辐射定标源 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双圆锥腔体串联结构毫米波黑体辐射定标源，整体为圆柱体形状，为金属材料制成圆柱体结构。在圆柱体中心自上而下设有由圆滑过渡唇边、圆台腔、过渡段、圆锥腔串联而成的一体化腔体结构，腔体口面在圆柱体顶部中心位置。腔体内壁吸波材料涂覆层是在腔体内壁上按要求的厚度涂上的吸波材料。本发明降低了从口面入射的辐射能量在腔体内传播过程中从口面反射返回的概率，使其在腔体内多次反射并被吸收。通过对涂覆深度的控制，在提高黑体源腔体内壁对辐射能量的吸收率的同时，改善了由于涂覆厚度过深导热性变差影响黑体定标源温度一致性的问题。

Description

一种双圆锥腔体串联结构的毫米波黑体辐射定标源

技术领域

本发明涉及一种双圆锥腔体串联结构的毫米波黑体辐射定标源。该黑体是适用于遥感卫星星载毫米波辐射计星上及地面定标工作的定标负载，亦可用于其他毫米波设备的定标工作。

背景技术

毫米波遥感技术作为遥感卫星的重要观测手段，用于获取天空、地面、大气和海洋等观测对象的信息。星载微波辐射计作为毫米波遥感主要观测设备，在设计和使用过程中，需要对观测到的能量辐射进行准确的标定和校准，以在变化的环境条件和设备状态下保证测量数值的准确性和一致性。这一要求通过对作为标准定标负载的黑体辐射定标源的观测来满足。

黑体是一种理想物理状态的物体，它能够完全吸收外界能量辐射，在热平衡状态下其能量辐射确定。根据黑体辐射定律，在热平衡状态下，黑体在任意频率点上的能量辐射强度只由其自身波长与温度决定。这种能量辐射强度与温度和波长具备稳定的函数关系，且精确可控可度量的物体被认为是理想的定标参考对象，称为黑体定标源。

不同于理想黑体，实际的黑体定标源必然存在反射，不可能做到完全吸收入射波。定标源的反射率受到其基本结构的影响。寻找一种吸收率接近于1，具备近似黑体辐射性能，能在较高精度下为微波辐射计的定标工作服务的定标源结构设计方案，对于提高卫星毫米波遥感技术的观测精度具有重要的价值。

现有的毫米波黑体辐射定标源通常采用由多个较小的外凸方椎尖或多个圆锥尖或其他形式的锥尖排列而成的阵列；也有采用平行排列的多个棱脊的形式；同时还有采用单个较大的腔体——如圆锥腔体、方锥腔体或V形截面深槽腔体的。与某些设备不同，对毫米波黑体辐射定标源来讲，采用何种结构和该结构的具体尺寸参数对特定工作条件下的性能表现有着显著的影响，某些情况下较小的尺寸差异就可能带了很大的性能偏移。所以，寻找设计一种高效的毫米波黑体辐射定标源结构，确定该结构在工作条一定件下适当的准确尺寸参数，尝试获得更优异的性能对于微波辐射计的性能优化是一件很有意义的工作。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种双圆锥腔体串联结构的毫米波黑体辐射定标源，为星基微波辐射计提供高精度的定标负载，实现毫米波遥感观测的定量化，提高观测精度。

本发明一种双圆锥腔体串联结构毫米波黑体辐射定标源，整体为金属材料制成圆柱体结构。

腔体口面位于圆柱体结构顶部中心位置，从腔体口面沿圆柱体中心轴线向圆柱体内侧依次为圆台腔、过渡腔、圆锥腔，圆台腔、过渡腔、圆锥腔串连形成一体化腔体结构，在腔体内壁涂覆有吸波材料；

所述的过渡腔为圆台结构，并且过渡腔的上底面直径等于圆台腔的下底面直径，过渡腔的下底面直径等于圆锥腔的底面直径；

所述圆台腔为圆锥腔截去部分锥尖所得，上底面直径大于下底面直径；过渡腔上底面直径小于下底面直径；

所述圆滑过渡唇边为圆台腔上底面内壁圆滑过渡到腔体口面的一圈圆弧状的过渡部分。

所述圆台腔上底面直径a、过渡腔下底面直径b与圆锥腔底面直径c以及圆锥腔高k相等，圆台腔母线与中轴线夹角α与圆锥腔半锥角φ相等。

本发明优点在于：

1、本发明一种双圆锥腔体串联结构毫米波黑体辐射定标源，降低了从口面入射的辐射能量在腔体内传播过程中从口面反射返回的概率，使其在腔体内反复反射和被吸收；

2、本发明一种双圆锥腔体串联结构毫米波黑体辐射定标源，通过对腔体内壁涂覆深度的控制，在提高黑体源腔体内壁对辐射能量的吸收率的同时，改善了由于涂覆厚度过深导热性变差影响黑体定标源温度一致性的问题。

附图说明

图1为本发明一种双圆锥腔体串联结构毫米波黑体辐射定标源结构示意图。

具体实施方式

下面通过附图来对本发明作进一步说明。

本发明一种双圆锥腔体串联结构毫米波黑体辐射定标源，如图1所示，整体为金属材料制成圆柱体6结构。圆柱体6中心有自上而下由圆滑过渡唇边1、圆台腔2、过渡腔3、圆锥腔4串连而成的一体化腔体结构，腔体口面7在圆柱体6顶部中心位置。

所述圆台腔2为圆台结构，上底面直径大于下底面直径，其上底面与圆柱体6顶部腔体口面7口面连通。

下圆锥腔4为一圆锥结构，倒置在圆柱体6内部。

过渡腔3为一圆台结构。过渡腔3上底面与圆台腔2下底面连通，避免了单一锥体结构锥顶部位的强反射。过渡腔3下底面与圆锥腔4底面连通，使经圆台腔2反射进入圆锥腔4的能量在圆锥腔4内部再次多次反射和吸收，进一步减少了从圆锥腔4回到圆台腔2，并从圆台腔2上底面返回的微波能量。

圆滑过渡唇边1为圆台腔上底面内壁圆滑过渡到腔体口面7的一圈圆弧状的过渡部分。

在腔体内壁上按要求的厚度涂上吸波材料5，以提高壁面对辐射能量的吸收率。

实施例1：

所示圆台腔2为圆锥腔截去部分锥尖所得，上底面直径a、过渡腔3下底面直径b与圆锥腔4底面直径c以及圆锥腔4高k相等，圆台腔2母线与中轴线夹角α与圆锥腔4半锥角φ相等，圆台腔2下底面直径a′与过渡腔3上底面直径b′相等。

对于黑体定标源来说，细微的尺寸不同就可能带来很大的性能差距。椎体高一点或低一点，底边大一点或小一点的性能表现差距是非常的大的。通过优化腔体尺寸结构，尽可能的将进入下腔体的微波能量约束在下腔体内，减少返回上腔体的能量，最终有效控制了从腔体口面7回到自由空间的能量，实现了黑体定标源低反射率的设计指标。

因此通过计算仿真得出圆台腔2上底面直径a、过渡腔下底面直径b与圆锥腔4底面直径c以及圆锥腔4高k均为78mm。圆台腔2下底面直径a′与过渡腔3上底面直径b′均为14.40mm。圆台腔2高h为63.60mm，过渡腔3高为41.90mm。圆台腔2母线与中轴线夹角α与圆锥腔4半锥角φ均为26.57°，过渡腔3母线与中轴线夹角β为37.20°。圆滑过渡唇边1的曲率半径r为10mm。

腔体内壁涂覆厚度l为3mm的cr-112吸波材料5，以提高壁面对辐射能量的吸收率。

过渡腔3高41.90mm。下底面直径为36mm，上底面直径为7.2mm。

圆滑过渡唇边1的曲率直径为10mm。

该双圆锥腔体串联结构毫米波黑体辐射定标源在以89GHz为中心频点的一定带宽内，反射率可以达到-59.8dB，与之等深度等口面直径的单一圆锥腔体毫米波黑体辐射定标源在同样条件下反射率为-49dB，性能有着显著的提高。

黑体定标源反射率主要由内腔几何结构和尺寸关系决定，在保持结构不变的情况下，按比例缩放上述结构尺寸，实质上不改变黑体定标源结构在对辐射能量的吸收上的作用效果。

Claims (3)

1.一种双圆锥腔体串联结构毫米波黑体辐射定标源，其特征在于：腔体口面位于圆柱体结构顶部中心位置，从腔体口面沿圆柱体中轴线向圆柱体内侧依次为圆台腔、过渡腔、圆锥腔，圆台腔、过渡腔、圆锥腔串联形成的一体化腔体结构，在腔体内壁涂覆有吸波材料；

所述的过渡腔为圆台结构，并且过渡腔上底面直径等于圆台腔的下底面直径，过渡腔的下底面直径等于圆锥腔的底面直径；

所述圆台腔上底面直径大于下底面直径；过渡腔上底面直径小于下底面直径；

黑体辐射定标源还包括圆滑过渡唇边，所述圆滑过渡唇边为圆台腔上底面内壁圆滑过渡到腔体口面的一圈圆弧状的过渡部分。

2.如权利要求1所述一种双圆锥腔体串联结构毫米波黑体辐射定标源，其特征在于：所述圆台腔上底面直径a、过渡腔下底面直径b与圆锥腔底面直径c以及圆锥腔高k均为78mm；圆台腔下底面直径a′与过渡腔上底面直径b′均为14.40mm；圆台腔高h为63.60mm，过渡腔高p为41.90mm；圆台腔母线与中轴线的夹角α以及圆锥腔半锥角φ均为26.57°；过渡腔母线与中轴线夹角β为37.20°；腔体口面圆滑过渡唇边的曲率直径r为10mm。

3.如权利要求1所述一种双圆锥腔体串联结构毫米波黑体辐射定标源，其特征在于：所述腔体内壁涂覆厚度l为3mm的cr-112吸波材料。

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