CN109473753B - 一种周期阵列结构辐射体新型微波窗及测试方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种周期阵列结构辐射体新型微波窗，包括隔热密闭窗体、气压测量控制单元、气体输入单元、气体输出单元。隔热密闭窗体包括隔热密封支撑板、低损隔热层，与所述辐射体围成密闭内腔；气压测量控制单元将所述密闭内腔实时气压值与原始气压值差值输入，再输出周期脉冲电压信号，控制气体输入单元或气体输出单元将外界气体输入或内腔气体输出平衡气压。本申请还包括测试方法，对辐射体加载试验温度，所述密闭内腔中气压随温度变化而变化，将实时气压值与原始气压值的差值作为输入，即可输出周期脉冲电压信号控制所述第一开关和所述第二开关选择性周期开闭。本申请可实现损耗低、成本低、寿命长的周期阵列结构辐射体新型微波窗。

Description

一种周期阵列结构辐射体新型微波窗及测试方法

技术领域

本申请涉及微波窗领域，尤其涉及一种周期阵列结构辐射体微波窗装置及测试方法。

背景技术

辐射计是一种接收物体自然辐射的高灵敏度接收机。为确保辐射计遥感量值的准确一致，需要对其进行定标。目前国内外基本采用控温的周期阵列辐射体对辐射计进行定标，周期阵列辐射体的物理温度范围需从液氮温度点到高于室温50摄氏度附近变化。

为防止低温时水汽凝结在辐射体上，需要使用微波窗。现有的微波窗一般采用低损泡沫塑料将辐射体进行完全密封的方式。该种方式造成定标结果不准确的问题。由于需要用低损泡沫塑料完全填充微波窗，厚度过大造成微波损耗大，且低温时低损泡沫塑料收缩，均会影响定标结果。同时，低温泡沫塑料加工难度大，一致性差，需反复更换程序繁琐。另外，仅用屏蔽罩密封性较差，低温时外界水汽容易进入，影响定标结果。

因此，对于周期阵列辐射体微波窗，需解决的问题是微波窗厚度过大带来的高损耗、加工一致性差、容易变形的问题，以及密闭性差带来水汽进入的问题，实现损耗低、成本低、无损传输、定标结果好的微波窗。

发明内容

为降低微波窗的损耗，提升微波窗的定标结果，本申请提出一种用于周期阵列结构辐射体的新型微波窗及测试方法。

本申请实施例提供一种周期阵列结构辐射体新型微波窗，包括隔热密闭窗体、气压测量控制单元、气体输入单元、气体输出单元；

所述隔热密闭窗体，包括隔热密封支撑板、低损隔热层，所述隔热密封支撑板垂直环绕在所述周期阵列结构辐射体周围，所述低损隔热层覆盖在所述隔热密封支撑板顶部，共同围成密闭内腔；

所述气压测量控制单元，用于将所述密闭内腔实时气压值与原始气压值的比较差值输入，再输出周期脉冲电压信号；

所述气体输入单元，包括依次连接的第一通道、第一开关、气体产生器件，所述第一通道连通所述密闭内腔与所述气体产生器件，所述第一开关用于接收所述周期脉冲电压信号控制所述第一通道通断，所述气体产生器件用于产生干燥气体；

所述气体输出单元，包括依次连接的第二通道、第二开关，所述第二通道连通所述密闭内腔与所述第二开关，所述第二开关用于接收所述周期脉冲电压信号控制所述第二通道通断。

作为本申请进一步优化的实施例，所述周期阵列结构辐射体新型微波窗中，所述气压测量控制单元包括依次连接的第三通道、气压测量器件、PID控制器；

所述第三通道连通所述密闭内腔与所述气压测量器件；

所述气压测量器件用于将所述密闭内腔实时气压值与原始气压值的比较差值输入至PID控制器；

所述PID控制器用于输出周期脉冲电压信号。

作为本申请进一步优化的实施例，所述周期阵列结构辐射体新型微波窗还包括屏蔽罩，所述屏蔽罩与所述隔热密封支撑板内壁贴合。

作为本申请进一步优化的实施例，所述周期阵列结构辐射体新型微波窗中，所述气体产生器件是气瓶。

作为本申请进一步优化的实施例，所述周期阵列结构辐射体新型微波窗中，所述干燥气体是干燥空气。

作为本申请进一步优化的实施例，所述周期阵列结构辐射体新型微波窗中，所述干燥气体是干燥氮气。

作为本申请进一步优化的实施例，所述周期阵列结构辐射体新型微波窗中，所述低损隔热层是平板结构的泡沫。

作为本申请进一步优化的实施例，所述周期阵列结构辐射体新型微波窗中，所述辐射体由固态吸波材料加工成的N×M椎体上排列而成。

作为本申请进一步优化的实施例，所述周期阵列结构辐射体新型微波窗中，所述椎体边长与所述辐射体的工作波长相差不超过标准值。

本申请实施例还提供一种周期阵列结构辐射体新型微波窗测试方法，包括以下步骤：

在试验条件下开启所述气压测量控制单元，测量所述密闭内腔中的原始气压值；

对所述辐射体加载试验温度，所述密闭内腔中气压随试验温度变化而变化，所述气压测量单元测量所述密闭内腔中的实时气压值；

所述气压测量控制单元用于输入所述实时气压值与所述原始气压值的差值，输出周期脉冲电压信号；

所述周期脉冲信号电压控制所述第一开关和所述第二开关选择性周期开闭。

本申请实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：微波窗厚度适中，对辐射体输出量值损耗低、影响小，解决了传统上微波窗过厚带来的高损耗问题。同时，有效避免了温度变化时内外压力不均衡导致微波窗变形和外界水汽进入对定标结果带来的不利影响。采用本申请的微波窗，对辐射体输出量值的损耗低，且成本低、使用寿命长、定标结果好。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为常见用于周期阵列结构辐射体微波窗结构框图；

图2为用于周期阵列结构辐射体的新型微波窗结构框图；

图3为本申请测试方法的实施例流程图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

以下结合附图，详细说明本申请各实施例提供的技术方案。

图1为常见用于周期阵列结构辐射体微波窗结构框图。

现有的用于周期阵列结构辐射体微波窗是在周期阵列结构辐射体a1上用低损泡沫塑料a2完全密封，在垂直于周期阵列结构辐射体a1的方向上环绕不锈钢屏蔽层a3。

目前，现有技术的用于周期阵列结构辐射体微波窗带来损耗高等问题说明如下：

定标结果不准确。由于完全使用低损泡沫塑料填充微波窗，厚度很大。而微波窗越厚在频率较高时引入的损耗贡献越大，会导致辐射体输出动态范围的减小，无法充分模拟地物辐射特性从而影响辐射计定标效果。另外，辐射体和泡沫塑料直接接触，导致泡沫塑料局部收缩剧烈从而直接影响辐射体输出量值的准确评估。

加工一致性差，成本高。低损泡沫塑料可机加性较差，导致微波窗加工复杂，很难保证加工的一致性，而微波窗属于易耗品，更换需要进行繁琐的测量定标过程。

密封性能差。不锈钢屏蔽罩很难做到完全密闭，辐射体工作在低温区时内部压强小而外部压强大，会有水汽不断进入屏蔽罩内部，造成对定标结果的不利影响。

图2为用于周期阵列结构辐射体的新型微波窗结构框图。本申请实施例提供一种周期阵列结构辐射体新型微波窗，包括隔热密闭窗体20、气压测量控制单元30、气体输入单元40、气体输出单元50；

所述隔热密闭窗体20，包括隔热密封支撑板21、低损隔热层22，所述隔热密封支撑板21垂直环绕在所述周期阵列结构辐射体10周围，所述低损隔热层22覆盖在所述隔热密封支撑板21顶部，共同围成密闭内腔。

优选地，所述周期阵列结构辐射体10由固态吸波材料加工成的N×M椎体上排列而成，所述椎体边长与所述辐射体的工作波长相差不超过标准值。所述隔热密封支撑板21是非金属材料制成的。所述低损隔热层22是平板结构的泡沫。

需要说明的是，N和M均为大于1的整数。

例如，所述辐射体10由涂覆在高导热系数金属的固态吸波材料加工而成的7×7椎体上排列而成，所述锥体高度与锥边长之比为3至4。所述低损隔热层是平板结构的低密度EPS聚苯乙烯泡沫。

作为本发明装置优化的实施例，所述隔热密闭窗体20还包括屏蔽罩，所述屏蔽罩与所述隔热密封支撑板内壁贴合。

进一步优化的实施例，所述屏蔽罩为金属屏蔽罩。

所述气压测量控制单元30，用于将所述密闭内腔实时气压值与原始气压值的比较差值输入，再输出周期脉冲电压信号。

优选地，所述气压测量控制单元30包括依次连接的第三通道31、气压测量器件32、PID控制器33，所述第三通道31连通所述密闭内腔与所述气压测量器件32，所述气压测量器件32用于将所述密闭内腔实时气压值与原始气压值的比较差值输入至PID控制器33，所述PID控制器33用于输出周期脉冲电压信号。

所述气体输入单元40，包括依次连接的第一通道41、第一开关42、气体产生器件43，所述第一通道41连通所述密闭内腔与所述气体产生器件43，所述第一开关42用于接收所述周期脉冲电压信号控制所述第一通道41通断，所述气体产生器件43用于产生干燥气体。

本领域技术人员能够理解，所述周期脉冲电压信号可以控制第一开关的开关，即：当输出的周期脉冲电压信号峰值为负值时，表明密闭内腔压力小于原始气压值，需要输入外界气体用以平衡所述密闭内腔压力，此时第一开关42随所述周期脉冲电压信号周期开关，当第一开关42打开时，所述气体产生器件43产生的气体通过第一通道41进入所述密闭内腔，密闭内腔压力增大，直至与原始气压值相等。

优选地，所述干燥气体可以是干燥空气或干燥氮气。

所述气体输出单元50，包括依次连接的第二通道51、第二开关52，所述第二通道51连通所述密闭内腔与所述第二开关52，所述第二开关52用于接收所述周期脉冲电压信号控制所述第二通道51通断。

本领域技术人员能够理解，所述周期脉冲电压信号可以控制第二开关52的开关，即：当输出的周期脉冲电压信号峰值为正值时，表明密闭内腔压力大于原始气压值，需要输出内腔气体用以平衡所述密闭内腔压力，此时第二开关52随所述周期脉冲电压信号周期开关，当第二开关52打开时，所述密闭内腔气体经第二通道51通过第二开关52排出，密闭内腔压力减小，直至与原始气压值相等。

图3为本申请测试方法的实施例流程图。按照本申请实施例所述的装置，将各元器件进行装配。

本申请提出的周期阵列结构辐射体新型微波窗测试方法，用于申请任一项实施例所述的新型微波窗，至少包括以下步骤：

步骤100：在试验条件下开启所述气压测量控制单元，测量所述密闭内腔中的原始气压值；

步骤200：对所述辐射体加载试验温度，所述密闭内腔中气压随试验温度变化而变化，所述气压测量单元测量所述密闭内腔中的实时气压值；

在步骤200中，所述密闭内腔中气压随试验温度变化而变化，即对所述辐射体加载温度降低时，密闭内腔中的实时气压值降低；对所述辐射体加载温度升高时，密闭内腔中的实时气压值升高。

步骤300：所述气压测量控制单元用于输入所述实时气压值与所述原始气压值的差值，输出周期脉冲电压信号；

在步骤300中，当所述实时气压值与所述原始气压值的差值为负值时，输出峰值为负的周期脉冲电压信号；当所述实时气压值与所述原始气压值的差值为正值时，输出峰值为正的周期脉冲电压信号。

步骤400：所述周期脉冲信号电压控制所述第一开关和所述第二开关选择性周期开闭。

在步骤400中，所述选择性周期开闭，即当所述实时气压值与所述原始气压值的差值为负值时，输出峰值为负的周期脉冲电压信号至所述第一开关，所述第一开关打开，所述气体产生器件产生的所述干燥气体通过所述第一通道输入所述密闭内腔；当所述实时气压值与所述原始气压值的差值为正值时，输出峰值为正的周期脉冲电压信号至所述第二开关，所述第二开关打开，所述密闭内腔的气体排出。

需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种周期阵列结构辐射体新型微波窗，其特征在于，包括隔热密闭窗体、气压测量控制单元、气体输入单元、气体输出单元；

所述隔热密闭窗体，包括隔热密封支撑板、低损隔热层，所述隔热密封支撑板垂直环绕在所述周期阵列结构辐射体周围，所述低损隔热层覆盖在所述隔热密封支撑板顶部，共同围成密闭内腔；

所述气压测量控制单元，用于将所述密闭内腔实时气压值与原始气压值的比较差值输入，再输出周期脉冲电压信号；

所述气体输入单元，包括依次连接的第一通道、第一开关、气体产生器件，所述第一通道连通所述密闭内腔与所述气体产生器件，所述第一开关用于接收所述周期脉冲电压信号控制所述第一通道通断，所述气体产生器件用于产生干燥气体；

所述气体输出单元，包括依次连接的第二通道、第二开关，所述第二通道连通所述密闭内腔与所述第二开关，所述第二开关用于接收所述周期脉冲电压信号控制所述第二通道通断。

2.如权利要求1所述的一种周期阵列结构辐射体新型微波窗，其特征在于，所述气压测量控制单元包括依次连接的第三通道、气压测量器件、PID控制器；

所述第三通道连通所述密闭内腔与所述气压测量器件；

所述气压测量器件用于将所述密闭内腔实时气压值与原始气压值的比较差值输入至PID控制器；

所述PID控制器用于输出周期脉冲电压信号。

3.如权利要求1所述的一种周期阵列结构辐射体新型微波窗，其特征在于，还包括屏蔽罩，所述屏蔽罩与所述隔热密封支撑板内壁贴合。

4.如权利要求1所述的一种周期阵列结构辐射体新型微波窗，其特征在于，所述气体产生器件是气瓶。

5.如权利要求1所述的一种周期阵列结构辐射体新型微波窗，其特征在于，所述干燥气体是干燥空气。

6.如权利要求1所述的一种周期阵列结构辐射体新型微波窗，其特征在于，所述干燥气体是干燥氮气。

7.如权利要求1所述的一种周期阵列结构辐射体新型微波窗，其特征在于，所述低损隔热层是平板结构的泡沫。

8.如权利要求1所述的一种周期阵列结构辐射体新型微波窗，其特征在于，所述辐射体由固态吸波材料加工成的N×M椎体上排列而成。

9.如权利要求8所述的一种周期阵列结构辐射体新型微波窗，其特征在于，所述椎体边长与所述辐射体的工作波长相差不超过标准值。

10.一种周期阵列结构辐射体新型微波窗测试方法，用于权利要求1至9任一项所述的新型微波窗，其特征在于，包括以下步骤：

在试验条件下开启所述气压测量控制单元，测量所述密闭内腔中的原始气压值；

对所述辐射体加载试验温度，所述密闭内腔中气压随试验温度变化而变化，所述气压测量单元测量所述密闭内腔中的实时气压值；

所述气压测量控制单元用于输入所述实时气压值与所述原始气压值的差值，输出周期脉冲电压信号；

所述周期脉冲信号电压控制所述第一开关和所述第二开关选择性周期开闭。

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