CN108037173B - 一种超高声速二维等离子体鞘套的测试系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种超高声速二维等离子体鞘套的测试系统及方法，用来测量超高声速等离子体鞘套的电磁散射参数。系统包括：等离子体发生器，天线、矢量网络分析仪，程控电源系统和等离子体密度诊断系统；将模拟超高声速等离子体鞘套的等离子体发生器放置在转台上，在发生器一侧放置1‑8GHz天线，利用矢量网络分析仪对天线进行校准，通过端口对天线的发射和接收信号进行记录和处理，得到散射参数。利用光谱仪对等离子体发生器内产生的等离子体进行诊断，通过计算从而控制等离子体相关重要参数。本发明弥补了超高声速二维等离子体鞘套参数测量的空白，为研究等离子体鞘套电磁仿真提供实验依据，为探究及解决飞行器的通讯“黑障”问题奠定基础。

Description

一种超高声速二维等离子体鞘套的测试系统及方法

技术领域

本发明涉及微波测试技术，特别涉及一种超高声速二维等离子体鞘套，其主要针对超高声速飞行器等离子体鞘套进行模拟测试，为解决“黑障”问题提供依据。

背景技术

等离子体是除了物质的液态、固态、气态之外存在的第四种状态。当呈中性的气体被自然界的高能以某种物理或是化学方式反应后，这些中性气体就变为由很多电子、带正电的粒子和中性原子构成的混合物体。近年来无论是载人航天器返回地球进入大气层，超高声速武器再入轨，还是低散射飞行器主动采用等离子材料进行吸波等，这些情况都和电磁波在等离子体中的传播、衰减、反射特性有关。

目前等离子体和电磁波的相互作用一直是人们不断探索的问题，以往较为节省成本的方式主要以模拟仿真为主，如专利申请CN106611083A涉及一种高超声速飞行器等离子体鞘套与电磁波相互作用预测方法，采用非均匀等离子鞘套自适应分层模型，分析电磁波在等离子鞘套中的传播特性，预测不同再入高度下测控信号穿过等离子鞘套的衰减情况，对再入过程中“黑障”高度进行了预示，结果与实际测试结果相符，显著提高了等离子体鞘套与电磁波相互作用的预测精度，该方法主要以模拟仿真为主，重点主要集中在模型再入高度的预测，对于等离子体在目标表面的散射问题还未涉及。

文献“进气道内衬筒形等离子体隐身性能三维模拟，强激光与粒子束，2015，27(5):108-113”，针对飞机进气道等离子体隐身问题，建立了三维筒形进气道模型，采用有限元求解波动方程，计算了腔体内壁覆盖均匀等离子体时的雷达散射截面。结果表明腔体内覆盖等离子体时可以有效吸收入射电磁波能量，由于腔体结构作用会存在几个吸收峰；吸收随电子数密度增加而增强，电子数密度过高时吸收效果会变差；最佳碰撞频率虽然与电磁波频率和电子数密度有关；吸收随等离子体厚度增加而变大，但在较大电子数密度时，由于电磁波在等离子体与空气交界面处反射导致厚度增加，从而使得吸收变小。该研究模拟了目标局部包含等离子体材料的过程，但对于等离子体分布情况未涉及。

文献“管状封闭式等离子体发生器隐身性能分析，重庆邮电大学学报:自然科学版,2016,28(4):481-486”依据准经典WKB法进行数值分析和模拟，系统研究了电磁波垂直入射封闭式等离子体管时，电磁波衰减系数与管内等离子体温度、等离子体密度、等离子体层厚度的关系，结果表明封闭式等离子体发生器参数对等离子体隐身性能有更加显著的作用，衰减系数存在最优入射角度。这类研究针对等离子体与目标的相互作用进行了数值计算和模拟仿真，但对于实物的验证还未涉及。

文献“飞机局部等离子体隐身探索研究，2010，南京理工大学，博士学位论文”针对进气道对L波段(1GHz～2GHz)雷达隐身效果有限的问题，设计了进气道内衬筒状等离子体腔体的隐身模型。利用电磁波时域有限差分法模拟了进气道等离子体隐身的物理过程，明确电磁波在腔体内的传播路径，直观地反映出腔体内电磁波复杂的时空变化关系，并计算了隐身效果。实验利用荧光灯等离子体管覆盖金属腔体内壁，测量了筒状等离子体覆盖的金属腔体对电磁波的回波衰减。实验结果表明，金属圆筒内壁的等离子体能够有效吸收L波段的探测雷达波，单程吸收平均超过10dB。该研究针对目标表面包含等离子体的模型进行模拟仿真，并采用嵌入荧光灯管的方法对实验进行了验证，研究重点集中在等离子体的隐身效果，而测试过程中并未对引入的多余散射源去除、等离子体分布特性的实验验证等还未考虑。

在等离子体与电磁波相互作用模拟测试方面，目前也展开了一些研究，如专利申请CN106950433A公开了一种适应高真空度的低电磁散射背景环境实现方法，将低脱气量吸波材料制作成角锥形结构，然后加工制作圆柱形的不锈钢井字形背架，在井字形背架上挂装角锥形结构，在真空罐内部或真空罐热沉内部安装导轨，在不锈钢井字形背架底部安装滑轮，将角锥形结构与不锈钢井字形背架整体结构通过滑轮和导轨运输到真空罐中，形成适应高真空度的低电磁散射背景环境。该发明在真空罐现有基础上，增加低电磁散射测试功能，实现雷达隐身测试功能与真空红外测试功能的复合，为大气层外等离子体隐身测试提供试验环境条件，这类研究主要集中与等离子体的模拟环境，对于目标和等离子体的模型还未提及。

专利申请CN205293101U公开了一种包含等离子体发生装置的飞机模型，包括机身、飞机进气道、等离子发生器组件，等离子发生器设置在机身上，具有喷射口，能够将所述等离子发生器所产生的等离子云团喷射至所述飞机进气道的进气口上。从而达到隐身的效果，当飞机受到电磁波照射时，等离子体云团阻挡电磁波进入进气道，从而提高飞机隐身性能，该专利为等离子体模拟测试提供了原型样机，但对于后续测试验证还未涉及。

专利申请CN205982437U公开了一种低温等离子体中电磁波传播特性测试装置，包括等离子发生腔体，环状高压电极和环状地电极，还包括真空系统、控制系统和控制柜、控制主机和控制面板。腔体侧壁上开设进气口、出气口、观察窗和等离子浓度诊断口，真空系统的抽真空口与所述等离子体发生腔体连通，环状高压电极和环状地电极绝缘连接，内圈环状地电极和外圈环状地电极同心套设，环状高压电极和环状地电极均为金属电极，是一种低温等离子体中电磁波传播特性测试装置。该专利提供的装置由于腔体空间有限，仅能够提供等离子体与电磁特性的相互作用模拟测试，当置入目标时，腔体和目标之间的相互作用明显，模拟测试难度大。

总之，以往对于等离子体和电磁波相互作用的研究主要集中在模拟仿真，尽管目前对于等离子体材料的特性研究有一定的相关基础，但对于目标和等离子体符合模型的演示验证系统还不多，能够实时调整等离子体材料的特性的实验测试验证涉及更少。

发明内容

为克服现有针对超高声速等离子体鞘套的模拟测试技术的不足，本发明提出一种超高声速二维等离子体鞘套的测试系统及方法，基于二维模型表面含等离子体的目标测试系统，利用转台，来测量不同入射方位、角度下复杂目标的电磁散射。本发明采用实验测试方法来对目标环境进行模拟，目标表面的等离子体能够根据不同环境进行调节，丰富了模拟验证目标真实状态的种类，测试效率高，测试成本低。

为了达到上述目的，本发明的技术方案在于提供一种超高声速二维等离子体鞘套的测试系统，包含等离子体发生器，其中设有金属钝锥体，外部设有层叠结构的多个等离子体管，各自通过低压汞蒸气放电来产生特定浓度的等离子体，以模拟超高声速等离子体鞘套密度的梯度分布。

优选地，所述等离子体发生器布置有200支等离子体管：中部位置设有2-7层等离子体管，管外径为16mm；后部位置设有2层等离子体管，管外径25.4mm；金属钝锥体由铝合金材料制成，其底面直径为200mm，高度为240mm。

优选地，电源的输入功率与等离子体管内的电子密度呈正比；

通过程控电源系统控制放电功率，实现等离子体管同时或逐次变化。

优选地，所述程控电源系统包括控制计算机、控制主机、网关、电子镇流器；每个电子镇流器输出端连接与之对应的一个或多个等离子体管；每个电子镇流器的输入端连接网关及电源，通过控制计算机对电源的输入功率进行调控。

优选地，所述等离子体发生器一侧放置有位置可调的天线；所述天线连接在矢量网络分析仪的端口上，对发射及接收信号进行处理，天线频率为1-8GHz；所述等离子体发生器放置在转台上，通过控制转台来测量不同方位角度的电磁散射参数。

优选地，所述矢量网络分析仪对散射参数进行测量，通过频率扫描和功率扫描，得到等离子体传输过程与电磁波的透射系数对应的振幅信息和电磁波相位信息；所述矢量网络分析仪通过开启“时域门”以选择性地去除反射对传输的影响，排除干扰信号带来的系统误差。

优选地，基于连续光谱绝对强度法，通过光谱仪对等离子体管的发射光谱进行测量，以诊断等离子体电子密度。

本发明的另一技术方案在于提供一种超高声速二维等离子体鞘套的测试方法，包含：

将等离子体发生器放置在转台上，将天线架设在等离子体发生器一侧，天线中心位置对齐；所述天线连接至矢量网络分析仪的端口，根据天线频率设置频率测试范围为1-8GHz；

通过矢量网络分析仪测量等离子体传输过程中电磁波的传输参数；调节到矢量网络分析仪的时域模式，保留透射信号曲线的最高值点，即微波信号垂直入射到接收天线的信号，过滤掉其他入射信号，切换到频域模式，从而开启“时域门”来过滤掉干扰信号；

利用矢量网络分析仪将初始状态的曲线，记录为记忆参考线；将程控电源系统与等离子体发生器连接，通过控制计算机调节等离子体发生器的放电功率变化；通过矢量网络分析仪记录不同放电情况下的传输特性曲线；

利用光谱仪，对等离子体发生器的光谱进行测量，通过得到的谱线分析出等离子体电子密度，进而得到等离子体的相关参数。

本发明公开了一种超高声速二维等离子体鞘套的测试系统及方法，主要功能是测量超高声速等离子体鞘套的电磁散射参数。系统主要包括：等离子体发生器，天线、矢量网络分析仪，程控电源系统和等离子体密度诊断系统。其测试步骤是：将模拟超高声速等离子体鞘套的等离子体发生器放置在转台上，在发生器一侧放置1-8GHz天线，利用矢量网络分析仪对天线进行校准，通过端口对天线的发射和接收信号进行记录和处理，得到散射参数。利用光谱仪对等离子体发生器内产生的等离子体进行诊断，通过计算从而控制等离子体相关重要参数。

本发明采用钝锥体等离子体发生器模拟超高声速等离子体鞘套的复杂分布，等离子体发生器是采用层叠结构的等离子体管，由程控电源系统控制放电功率。等离子体鞘套不同区域的电子密度和尺寸相差较大，因此需要等离子体管的数量及层数也就不同，等离子体发生器中间为金属钝锥体，外部通过采用等离子体管层叠形式，实现钝锥体等离子体鞘套密度的梯度分布情况。电源的输入功率与等离子体管内的电子密度呈正比。通过程控电源系统，可以实现等离子体发生器及鞘套中的等离子体管同时或逐次变化。等离子体发生器放置在转台上，天线放在发生器一侧，其位置是可调的，通过控制转台来测量不同方位角度的电磁散射参数。

本发明利用矢量网络分析仪对超高声速二维等离子体鞘套进行测试，通过开启“时域门”能够选择性的去除反射对传输的影响，排除干扰的信号等系统误差来提高测量的精度。诊断系统是采用连续光谱绝对强度法来诊断等离子体，利用光谱仪对等离子体发生器中的等离子体管内的电子密度进行测量，从而得到等离子体频率、碰撞频率等重要参数。

与现有技术相比，本发明不仅弥补了超高声速二维等离子体鞘套参数测量的空白，而且为进一步研究等离子体鞘套电磁仿真提供实验依据，为探究及解决飞行器的通讯“黑障”问题奠定基础。

附图说明

图1为超高声速等离子体鞘套分布图；

图2为超高声速二维等离子体鞘套模拟测试系统示意图；

图3为矢量网络分析仪工作原理图；

图4为等离子体管光谱诊断示意图；

图5为等离子体发生器中一支等离子体管内产生等离子体的光谱。

具体实施方式

本发明提供的一种高超声速二维等离子体鞘套的测试系统，包括：矢量网络分析仪、转台系统、天线、等离子体发生器及控制系统、等离子体密度诊断系统。

超高声速等离子体鞘套仿真模拟结果如图1所示。等离子体鞘套的电子密度有着比较复杂的分布形式，在前面驻点区最高，随着机身轴向方向和径向方向密度变小。本发明采用钝锥体等离子体发生器模拟超高声速等离子体鞘套的复杂分布，等离子体发生器是在密闭柱状玻璃腔体(如日光灯管)内，采用低压汞蒸气放电来产生特定浓度的等离子体。与其他产生等离子体的方式相比，低气压汞蒸气放电产生等离子体的方式功耗低，产生等离子体量大，可长时间稳定维持。由于等离子体鞘套不同区域的电子密度和尺寸相差较大，因此需要等离子体管的数量及层数也就不同，等离子体发生器中间为金属钝锥体，外部通过采用等离子体管层叠形式，实现钝锥体等离子体鞘套密度的梯度分布情况。图2所示为钝锥形等离子体发生器的剖视图，在中部位置共设置2-7层等离子体管12，管外径为16mm；后部位置设置2层等离子体管12，管外径25.4mm。在钝锥形等离子体发生器外侧布置200支等离子体管12，模拟等离子体鞘套的电子密度分布。内衬金属锥11采用铝合金材料加工，其底面直径为200mm，高度为240mm。

根据功率密度公式：

其中，E₀为电源电场强度，ω为交流电源电场圆频率。可以看出，当等离子体的体积一定时，电子密度随入射功率的增加而增大。根据气体弧光放电正柱理论，除两端电极区外，等离子体管12电子密度沿轴向均匀分布，且根据能量守恒原理，输入功率应近似等于每个电子平均的碰撞损耗功率与电子总数的乘积。即输入功率与等离子体管12内的电子密度呈正比。程控电源系统采用基于DALI控制协议的数字化控制系统，DALI是一种数字式可寻址照明控制接口技术，通过连接电子镇流器53可实现等离子体管12功率灯参数的连续控制。通过定制电子镇流器53及等离子体可实现要求范围的电子密度程控调节。该系统包括控制计算机51及控制软件、DALI控制主机、DALI网关、电子镇流器53、直流电源52及通信线缆、供电线缆等。一条DALI总线最多允许连接64个电子镇流器53。根据需要，拟设置1台控制主机、3台网关，最多允许连接256个电子镇流器53，每个镇流器连接一支等离子体管12。镇流器一端是输入，电源线及网关连接线接入输入端；另一端是输出，将等离子体管12两侧连接到镇流器的输出端，可以实现对等离子体放电的控制。利用计算机51的软件对每一个镇流器的输入功率进行调控，也可以根据需求编写相应的程序来实现等离子体鞘套密度的变化。通过程控电源系统，可以实现等离子体发生器及鞘套中的等离子体管同时或逐次变化。

图2展示了二维超高声速等离子体鞘套测试系统的示意图。将等离子体发生器及程控电源系统放置在转台系统上，通过调节转台20的方向，从而可以测量不同方位角度等离子体鞘套模型的散射参数。通过将喇叭天线通过底座31架设在等离子体发生器一侧并调整中心位置对齐，保证测试的远场条件，便可以对电磁波在等离子体中的传输特性进行研究。所用的微波天线是一对具有频率范围1GHz-8GHz的喇叭天线，将天线30连接在微波矢量网络分析仪40的测试端口，每一个测试端口存在一个信号发射器和接收器，可以同时处理发射和接收的信号，能够精确地测量散射参数(S参数)。

矢量网络分析仪40是通过对测量物体进行频率扫描和功率扫描，分析信号的振幅和相位的影响来表征测量物体的特性的方法。其时域响应和频域响应可以通过傅里叶变换相互转换。时域测量还能够选择性的去除反射对传输的影响，排除干扰的信号等系统误差来提高测量的精度。

矢量网络分析仪40的另外一个重要特性是可以对散射参数(S参数)进行测量，对于给定的一个测试物体，S参数的数量为端口的平方数，本文所用的分析仪含有两个端口，其中每一个端口都有一个发射器和一个接收器，S下标的第一个数字表示信号的接收端口，第二个数字表示信号的发射端口，分别用S₁₁，S₂₁，S₁₂和S₂₂表示，如图3。

矢量网络分析仪40通过精准的频率扫描和功率扫描，可以得到振幅和相位的信息，从而得到等离子体鞘套的电磁特性。

诊断系统是对等离子体鞘套进行光谱诊断。采用光纤光谱仪测量等离子体发射光谱，利用绝对连续谱线强度可以得到等离子体的电子密度n_e，产生的辐射和传输的关系可以表征为：

其中I_λ(λ)表示光源发出的光在通过介质中吸收和辐射过程后的光谱强度，对光谱仪校准过程起到决定性作用。j_λ(λ)为发射系数，S_λ(λ)＝j_λ(λ)/k(λ)为源函数，可以描述光束的特性。

光束进入厚度为L的均匀等离子体板时，光学深度τ(L)＝k(λ)L。等离子体管内产生的等离子体对于连续辐射一般看作是均匀的，且τ＝k(λ)L<<1，则：

I_λ(λ,L)＝S_λ(λ)k(λ)L＝j_λ(λ)L (5)

通常来说，连续辐射源自电子，原子和离子。当两个电子状态之间发生碰撞时，必须考虑两种类型的Bremsstrahlung辐射过程，它们是电子和原子之间(e-a)以及电子和离子之间(e-i)的碰撞。当离子捕获自由电子时，有助于连续辐射。这个过程由自由束缚(fb)辐射表示。由此，总发射系数j_λ(λ)中包含的三个部分：

然而，大多数情况下，电离比n_e/n_a＜10^-4，电子和离子之间的碰撞以及自由束缚辐射可以忽略。只有电子和原子之间的碰撞辐射对发射系数起主要作用。因此：

式中是c光速，n_a是原子密度，Q^A是具有Ar原子的电子的动量转移的横截面，

其中m_e是电子的质量，ε₀是真空介电常数。可以得到电子密度：

其中：

采用连续光谱绝对强度法来诊断等离子体，绝对强度I_λ(λ)的精确测量至关重要。结合方程(5)和(9)可以很快得出I_λ(λ)与n_e和T_e的关系，进而得到等离子体的基本参数。

在实际诊断过程中，由于光谱仪自身并不能得到绝对强度的大小，就需要对标准光源的谱线进行对比，从而实现光谱仪的校准。校准方法如下：

由光谱仪探测头接收到标准光源发出的光，由于标准光源的光强已知I_sλ(λ)，光谱仪的积分时间t_S及相对强度大小h_s(λ)可得，之后将标准光源替换成等离子体管，此时得到光谱仪的积分时间t_p及相对强度大小h_p(λ)，由此可以得到等离子体管的光谱强度大小I_pλ(λ)：

光谱仪记录了同一波长下的光强相对强度大小，与已知光源的强度相互对比，得到连续光谱强度的绝对值。

测量过程中，采用光谱仪测量等离子体管12的发射光谱，诊断锥形体内等离子体电子密度。图4是进行等离子体光谱诊断拟采用的光学系统示意图。图中的光学仪器为Sp-750i光栅单色仪，包含透镜61、入射狭缝62、准光镜63、衍射光栅64、投影物镜65、出射狭缝66、光电倍增管67。该单色仪有三个光栅，工作波长为180nm～2700nm，涵盖了低气压汞蒸气放电等离子体发光的波长范围。在工作时，等离子体发射的光线经过光栅单色仪后由光电倍增管67将采集的光信号转变为电信号并加以放大，记录下来。测量到的电信号的大小直接反映了光信号的强弱。通过光谱诊断方法可以研究放电电流、功耗不同时，密闭腔体内不同部位等离子体电子密度分布情况，为调节等离子体电子密度提供指导。

以下提供本发明的一个具体示例，将1GHz-8GHz的喇叭天线连接在微波矢量网络分析仪的测试端口，架设在等离子体发生器一侧，等离子体发生器在中部位置共设置200根等离子体管。内衬金属钝锥体拟采用铝合金材料加工，其底面直径为200mm，高度为240mm。

计算机作为控制主机，连接3台网关，控制100个电子镇流器，镇流器为一拖二型，每个镇流器可以控制两支等离子体管。

将等离子体发生器放置在转台系统上，设定钝头处为前端，方向角为0°，钝锥体正侧方方向角为90°，钝锥体正后方方向角为180°。程控电源系统由100个一拖二型镇流器构成，每10个镇流器固定在一块环氧板上，10块环氧板叠放在密闭箱体内，通过线缆连接每个灯管两侧，将程控电源箱放在转台上，等离子体发生器放置在电源箱上，通过调节转台的方向，从而可以测量不同方位角度等离子体鞘套模型的散射参数。

等离子体管发出的光经过光学端口由光纤探测器接收并由光谱仪记录下来，光谱强度经过与标准光源的校准比对得出等离子体连续光谱的绝对强度I_P,λ(λ)，进而可以确定等离子体的相关参数。在等离子体管上取几个测量点进行光谱测量，利用谱线相对强度对灯管内等离子体电子密度进行计算，得到其内部等离子体密度分布规律。光谱仪波长测量范围为200nm-600nm，这个范围内低压汞灯有三处较强的紫外光辐射，按照辐射强度大小分别是：253.6nm、546.0nm、434.7nm，其中波长253.6nm的辐射强度最大。通过计算，在实验条件下，低压汞灯沿轴向中间点对称位置的电子密度值在同一数量级，汞灯内等离子体电子密度变化范围10⁸～10¹³cm^-3，该等离子体密度满足等离子体鞘套内的电子密度范围，因此可以实现超高声速二维等离子体鞘套的构建。

具体操作如下：

(1)将等离子体发生器放置在转台上固定好，将天线架设在等离子体发生器一侧，天线中心位置对齐；

(2)将天线连接在矢量网络分析仪的端口，开启矢量网络分析仪，对程序进行初始化，根据天线频率设置频率测试范围为1-8GHz，设定数据单次扫描点201个；

(3)调用校准件对天线进行校准，去除一些由于线缆和接口所带来的测量误差；

(4)调节到矢量网络分析仪的时域模式，保留透射信号曲线的最高值点，此时为微波信号垂直入射到接收天线的信号，过滤掉其他入射信号，切换到频域模式，即为开启“时域门”。时域门可以过滤掉一些由于测试条件及环境带来的干扰信号，更为准确的测量电磁波的传输参数；

(5)利用矢量网络分析仪的“Member”功能，将初始状态的曲线记忆，记录为记忆参考线，便于之后直观看出等离子体发生器不同放电情况下的传输特性；

(6)将程控电源系统与等离子体发生器连接，通过计算机调节等离子体发生器的放电功率变化；

(7)记录不同情况下的传输特性曲线；

(8)利用光谱仪，对等离子体发生器的光谱进行测量，通过得到的谱线分析得出等离子体发生器产生的电子密度，从而得到等离子体的频率、碰撞频率以及其他重要参数。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (5)

1.一种超高声速二维等离子体鞘套的测试系统，其特征在于，包括等离子体发生器、程控电源系统、天线、矢量网络分析仪；

所述等离子体发生器中间为金属钝锥体，所述金属钝锥体的外部设有层叠结构的多个等离子体管，所述多个等离子体管各自通过低压汞蒸气放电来产生特定浓度的等离子体，以模拟超高声速等离子体鞘套密度的梯度分布；

所述程控电源系统包括控制计算机、控制主机、网关、电子镇流器及电源；其中，每个电子镇流器输出端连接与之对应的一个或多个等离子体管，每个电子镇流器的输入端连接网关及电源，通过控制计算机对电源的输入功率进行调控，电源的输入功率与等离子体管内的电子密度呈正比；通过程控电源系统控制等离子体发生器的放电功率，实现等离子体管内的等离子体电子密度同时或逐次变化；

所述等离子体发生器一侧放置有位置可调的天线，所述天线是一对频率范围为1GHz-8GHz的喇叭天线，所述喇叭天线通过底座架设在等离子体发生器一侧并调整中心位置对齐，保证测试的远场条件；所述等离子体发生器放置在转台上，通过控制转台来测量不同方位角度的电磁散射参数；所述喇叭天线连接在矢量网络分析仪的测试端口，每个测试端口存在一个信号发射器和接收器，可以同时处理发射和接收的信号，对散射参数进行测量。

2.根据权利要求1所述的超高声速二维等离子体鞘套的测试系统，其特征在于，

所述等离子体发生器布置有200支等离子体管：金属钝锥体的前端与中部位置均设有2-7层等离子体管，管外径为16mm；金属钝锥体的后部位置设有2层等离子体管，管外径25.4mm；金属钝锥体由铝合金材料制成，其底面直径为200mm，高度为240mm。

3.根据权利要求1所述的超高声速二维等离子体鞘套的测试系统，其特征在于，

所述矢量网络分析仪对散射参数进行测量，通过频率扫描和功率扫描，得到等离子体传输过程中与电磁波的透射系数对应的振幅信息和电磁波相位信息；所述矢量网络分析仪通过开启时域门以选择性地去除反射对传输的影响，排除干扰信号带来的系统误差。

4.根据权利要求1所述的超高声速二维等离子体鞘套的测试系统，其特征在于，

所述测试系统还包括等离子体密度诊断系统，所述等离子体密度诊断系统基于连续光谱绝对强度法，通过光谱仪对等离子体管的发射光谱进行测量，以诊断等离子体电子密度。

5.一种超高声速二维等离子体鞘套的测试方法，其特征在于，使用权利要求1~4中任意一项所述超高声速二维等离子体鞘套的测试系统；

所述测试方法，包括：将等离子体发生器放置在转台上；使用一对频率范围为1GHz-8GHz的喇叭天线，所述喇叭天线通过底座架设在等离子体发生器一侧并调整中心位置对齐，保证测试的远场条件；所述喇叭天线连接至矢量网络分析仪的测试端口，根据天线频率设置频率测试范围为1 GHz -8 GHz；

通过矢量网络分析仪测量等离子体传输过程中电磁波的透射系数对应的振幅信息和电磁波相位信息；调节到矢量网络分析仪的时域模式，保留透射信号曲线的最高值点，即微波信号垂直入射到接收天线的信号，过滤掉其他入射信号，切换到频域模式，从而开启时域门来过滤掉干扰信号；

利用矢量网络分析仪将初始状态的曲线，记录为记忆参考线；将程控电源系统与等离子体发生器连接，通过控制计算机调节等离子体发生器的放电功率变化；通过矢量网络分析仪记录不同放电情况下的传输特性曲线；

利用光谱仪，对等离子体发生器的光谱进行测量，通过得到的谱线分析出等离子体电子密度，进而得到等离子体频率、碰撞频率。

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