CN110850350B - 一种大口径多反射面级联天线链路损耗测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大口径多反射面级联天线链路损耗测试装置及方法，该装置包括星上热定标源、冷空反射镜、旋转扫描镜、接收组件、第一低温参考源、第二低温参考源、高温参考源和聚束反射面，并形成以下信号通道：第一信号通道：星上热定标源→旋转扫描镜→接收组件；第二信号通道：第一低温参考源→冷空反射镜→旋转扫描镜→接收组件；第三信号通道：高温参考源→聚束反射面→多反射面级联天线→旋转扫描镜→接收组件；第四信号通道：第二低温参考源→聚束反射面→多反射面级联天线→旋转扫描镜→接收组件。本发明可完成5m口径的多反射面级联天线链路损耗测试。

Description

一种大口径多反射面级联天线链路损耗测试装置及方法

技术领域

本发明涉及一种微波辐射计定标测试技术领域，尤其涉及一种大口径多反射面级联天线链路损耗测试装置及方法。

背景技术

大口径微波辐射计是静止轨道微波有效载荷。通过对大气和云进行高频次监测，获取台风、降水、厚云、薄云和晴空状态下区域大气温、湿廓线，为提高天气分析、预报，尤其是临近预报、区域数值天气预报准确率服务；对致灾高影响天气如台风、强对流等的进行高频次立体监测，为气象灾害预警和次生灾害预测提供服务；通过对强降水、洪涝、高温、寒潮的实时动态监测，为生态和环境监测、治理提供信息服务；通过生成各种大气物理参数和定量化产品，为农业、航空、航天、海洋、水利，为国防安全保障，为科学研究提供服务。大口径微波辐射计在轨运行时能否获取有价值的探测资料，得到定量化的应用和真正的业务使用，主要取决于微波辐射计能否进行精确定标。目前在轨的微波辐射计主要有两种定标方法，一种是以SSM/I、AMSR、TMI等为代表的馈源口面定标方法，星载微波辐射计馈源口面定标法是指主反射天线、馈源、接收机和其它一些子系统一起置于转台上旋转扫描，高温定标源与冷空反射镜固定不动。当馈源旋转到高、低温定标区域时分别由高温定标源和冷空反射镜遮挡主反射天线从而形成高、低温定标信号，定标的过程仅包括馈源和接收机，不包括天线，待测场景信号在馈源旋转到观测区域时由主反射天线反射到馈源口面。另一种就是以ATMS为代表的天线口面定标方法，其特点是高、低温定标信号和场景信号都由天线的主反射面进入，对整个载荷来说定标信号和场景信号的传输路径完全相同，有助于提高定标的准确度。

静止轨道微波有效载荷为满足空间分辨率使用要求，天线反射面口径高达5m，天线为三反卡塞格伦形式，按照一般的整机地面定标方法，需要辐射体直径大于5m的定标源。这样大口径的冷、热及变温源研制难度很大，目前工程上无法实现，因此辐射计地面定标采取分步形式，分布定标指接收定标样机(除天线子系统之外的所有单机构成的系统)真空定标和天线定标，接收定标样机真空定标是指真空环境下测试系统输入输出线性曲线，天线定标是指测试天线辐射方向图、链路损耗测试等参数。

由于天线辐射性能测试无法获取各级反射面边缘漏射损耗和表面热损耗，为保证辐射计在轨定标精度满足使用要求，地面研制过程中需要对天线链路损耗进行精确测量，目前对于5m口径多反射面级联天线地面未开展全链路损耗测试。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大口径多反射面级联天线链路损耗测试装置及方法，利用大口径聚束反射面的聚束作用和旋转扫描镜的偏焦设计，解决了大口径多反射面级联天线链路损耗地面无法测试的工程技术问题。

为了解决上述问题，本发明提供了一种大口径多反射面级联天线链路损耗测试装置，包括星上热定标源、冷空反射镜、旋转扫描镜、接收组件、第一低温参考源、第二低温参考源、高温参考源和聚束反射面，并形成以下信号通道：第一信号通道：星上热定标源→旋转扫描镜→接收组件；第二信号通道：第一低温参考源→冷空反射镜→旋转扫描镜→接收组件；第三信号通道：高温参考源→聚束反射面→多反射面级联天线→旋转扫描镜→接收组件；第四信号通道：第二低温参考源→聚束反射面→多反射面级联天线→旋转扫描镜→接收组件。

较佳地，所述第一低温参考源安装于冷空反射镜口面。

较佳地，所述高温参考源和第二低温参考源均安装在以所述聚束反射面焦点为圆心、半径为200mm的圆周上。

较佳地，所述聚束反射面口径大于待测大口径多反射面级联天线的反射面口径。

较佳地，所述高温参考源、第一低温参考源和第二低温参考源口径为Φ200mm。

较佳地，所述旋转扫描镜采用偏焦设计。

较佳地，所述聚束反射面表面采用单一金属层。

本发明还提供了一种大口径多反射面级联天线链路损耗测试方法，包括如下步骤：步骤S1：将第一低温参考源安装于冷空反射镜口面，第二低温参考源和高温参考源均安装于以聚束反射面焦点为圆心、半径为200mm的圆周上；步骤S2：将所述高温参考源与星上热定标源的物理温度控制一致，将所述第一低温参考源和第二低温参考源的物理温度控制一致；步骤S3：驱动旋转扫描镜进行周期性的旋转，秒级周期内分别观测星上热定标源、第一低温参考源、高温参考源和第二低温参考源，并分别记录接收组件输出电压为V_h0、V_c0、V_h1和V_c1；步骤S4：计算链路损耗，该链路损耗含多反射面级联天线、冷空反射镜和聚束反射面；

其中，V_h0为星上热定标源对应的电压，V_c0为第一低温参考源对应的电压、V_h1为高温参考源对应的电压，V_c1为第二低温参考源对应的电压；步骤S5：测试聚束反射面损耗η_a和冷空反射镜损耗η_c；步骤S6：修正聚束反射面和冷空反射镜损耗影响，获取多反射面级联天线辐射链路损耗η＝η₀/((1-η_a)*(1-η_c))。

较佳地，在所述步骤S5中，采用导电率测试和半物理仿真分析方法测试聚束反射面损耗η_a。

较佳地，在所述步骤S5中，采用近场辐射性能测试和导电率测试方法测试冷空反射镜损耗η_c。

与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：

1、本发明实施例大口径多反射面级联天线链路损耗测试装置结构简单、布局紧凑，采用口径为200mm的高温参考源、低温参考源即可完成5m口径的多反射面级联天线链路损耗测试。

2、本发明实施例大口径多反射面级联天线链路损耗测试装置及方法采用旋转扫描镜偏焦设计原理，即可在一个扫描周期内实现旋转扫描镜口面和聚束反射面口面的高、低温参考源观测。

3、本发明实施例大口径多反射面级联天线链路损耗测试装置具有一定的通用性，不仅可以用于微波辐射计天线链路损耗测试，还可广泛应用于各种馈源口面定标的辐射计天线损耗测试。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。附图中：

图1是本发明实施例大口径多反射面级联天线链路损耗测试装置示意图；

图2是本发明实施例的旋转扫描镜口面观测星上热定标源信号传播示意图；

图3是本发明实施例的旋转扫描镜口面观测第一低温参考源信号传播示意图；

图4是本发明实施例的聚束反射面口面的第二低温参考源和高温参考源位置示意图；

图5是本发明实施例大口径多反射面级联天线链路损耗测试方法流程图；

符号说明：

P-聚束反射面焦点所在平面；

1-聚束反射面；

21-级联天线第一反射面；

22-级联天线第二反射面；

23-级联天线第三反射面；

3-接收定标系统；

31-星上热定标源；

32-第一旋转扫描镜；

33-第二旋转扫描镜；

34-接收组件；

35-第一低温参考源；

36-冷空反射镜；

4-高温参考源；

5-第二低温参考源。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明提供的一种大口径多反射面级联天线链路损耗测试装置及方法进行详细的描述，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例，本领域技术人员在不改变本发明精神和内容的范围内，能够对其进行修改和润色。

本发明实施例大口径多反射面级联天线链路损耗测试装置及方法采用聚束反射面的聚束作用，及旋转扫描镜的偏焦设计，不仅大大减小高温参考源、和低温参考源口径，还可实现一个扫描周期内分别在旋转扫描镜口面和聚束反射面口面观测高温参考源、低温参考源，根据四组观测输出电压值，获取多反射面级联天线链路损耗。

实施例一

本发明实施例大口径多反射面级联天线链路损耗测试装置的聚束反射面汇聚级联天线第一反射面出射平面波束，采用小口径高温参考源和低温参考源实现大口径级联反射面天线全口径链路损耗测试。聚束反射面焦距根据系统结构布局可优化设计，便于高温参考源和第二低温参考源安装，接收组件接收多个频段微波辐射信号，通过输出电压计算级联反射面天线链路微波损耗。

具体地，请参考图1-图4，一种大口径多反射面级联天线链路损耗测试装置，包括星上热定标源31、冷空反射镜36、旋转扫描镜(32和33)、接收组件34、第一低温参考源35、第二低温参考源5、高温参考源4和聚束反射面1，并形成以下信号通道：

第一信号通道：星上热定标源31→旋转扫描镜(32和33)→接收组件34；

第二信号通道：第一低温参考源35→冷空反射镜36→旋转扫描镜(32和33)→接收组件34；

第三信号通道：高温参考源4→聚束反射面1→多反射面级联天线2→旋转扫描镜(32和33)→接收组件34；

第四信号通道：第二低温参考源5→聚束反射面1→多反射面级联天线2→旋转扫描镜(32和33)→接收组件34。

这里，定义星上热定标源31、旋转扫描镜(32和33)、接收组件34、第一低温参考源35组成接收定标系统3。

本实施例中，第一低温参考源代替在轨冷空辐射亮温安装于冷空反射镜36口面，高温参考源4和第二低温参考源5分别安装在以聚束反射面1的焦点为圆心、半径为200mm的圆周上。具体地，采用一支撑结构将第一低温参考源35安装于冷空反射镜36口面，第二低温参考源5和高温参考源4分别安装于以聚束反射面1的焦点为圆心、半径为200mm的圆周上的225°位置和315°位置。

作为一种优选实施例，聚束反射面1口径大于待测大口径多反射面级联天线的反射面口径，以减小聚束反射面1边缘漏射影响，采用机械测量设备精确定位大口径多反射面级联天线与聚束反射面1形位关系，通过半物理分析方法消除聚束反射面1边缘漏射影响。

作为一种优选实施例，通过采用聚束反射面1的聚束作用，所述高温参考源4、第一低温参考源35和第二低温参考源5口径为Φ200mm，即可完成5m口径多反射面级联天线全链路损耗测试。

作为一种优选实施例，通过旋转扫描镜采用偏焦设计，高温参考源4和第二低温参考源5能同时安装在以聚束反射面1的焦点为圆心、半径为200mm的圆周上。

作为一种优选实施例，聚束反射面1表面采用单一金属层，金属层厚度足够，采用电导率测试方法即可获取表面发射率，消除聚束反射面1热损耗影响。

本发明实施例大口径多反射面级联天线链路损耗测试装置结构简单、布局紧凑，采用Φ200mm高、低温参考源即可完成5m口径多反射面级联天线链路损耗测试。

实施例二

基于实施例一提供的大口径多反射面级联天线链路损耗测试装置，本发明实施例提供一种大口径多反射面级联天线链路损耗测试方法，请参考图5，包括如下步骤：

步骤S1：将第一低温参考源安装于冷空反射镜36口面，第二低温参考源和高温参考源均安装于以聚束反射面1的焦点为圆心、半径为200mm的圆周上；

本实施例中，采用一支撑结构将第一低温参考源35安装于冷空反射镜36口面，第二低温参考源5和高温参考源4分别安装于以聚束反射面1的焦点为圆心、半径为200mm的圆周上的225°位置和315°位置；

步骤S2：将所述高温参考源4与星上热定标源31的物理温度控制一致，将所述第一低温参考源35和第二低温参考源5的物理温度控制一致；

步骤S3：驱动旋转扫描镜(32和33)进行周期性的旋转，秒级周期内分别观测星上热定标源31、第一低温参考源35、高温参考源4和第二低温参考源5，并分别记录接收组件34输出电压为V_h0、V_c0、V_h1和V_c1；

步骤S4：计算链路损耗，该链路损耗含多反射面级联天线、冷空反射镜36和聚束反射面1；

其中，V_h0为星上热定标源31对应的电压，V_c0为第一低温参考源35对应的电压，、V_h1为高温参考源4对应的电压，V_c1为第二低温参考源5对应的电压。

步骤S5：测试聚束反射面1损耗η_a和冷空反射镜损耗η_c；

作为一种优选实施例，在所述步骤S5中，采用导电率测试和半物理仿真分析方法测试聚束反射面1损耗η_a。

作为一种优选实施例，在所述步骤S5中，采用近场辐射性能测试和导电率测试方法测试冷空反射镜36损耗η_c。

步骤S6：消除聚束反射面1和冷空反射镜36损耗影响，获取多反射面级联天线辐射链路损耗η＝η₀/((1-η_a)*(1-η_c))。

可以理解地，对于上述测试执行步骤的顺序没有限定，根据实际应用的需要可适当上述调整执行步骤的顺序。

在具体实施过程中，请参考图1至图4，旋转扫描镜口面观测星上热定标源的传播过程如下所示：

星上热定标源31→第一旋转扫描镜32→第二旋转扫描镜33→接收组件34；

旋转扫描镜口面观测第一低温参考源的传播过程如下所示：

第一低温参考源35→冷空反射镜36→第一旋转扫描镜32→第二旋转扫描镜22→接收组件34；

聚束反射面1口面观测高温参考源的传播过程如下所示：

高温参考源4→聚束反射面1→级联天线第一反射面21→级联天线第二反射面22→级联天线第三反射面23→第一旋转扫描镜32→第二旋转扫描镜33→接收组件34；

聚束反射面1口面观测第二低温参考源的传播过程如下所示：

第二低温参考源5→聚束反射面1→级联天线第一反射面21→级联天线第二反射面22→级联天线第三反射面23→第一旋转扫描镜32→第二旋转扫描镜33→接收组件34；

其中，旋转扫描镜口面观测星上热定标源31和第一低温参考源35的信号传播路径不包含三个级联天线反射面，聚束反射面1口面观测高温参考源4、第二低温参考源5的信号传播路径包含三个级联天线反射面。

可以理解地，本发明提供的大口径反射面级联天线链路损耗测试方法，并不限于本实施例提出的三个级联反射面天线，聚束反射面1的焦距也是灵活可设计，应用于星载大口径微波辐射计多反射面级联天线链路损耗测试。

以上公开的仅为本申请的一个具体实施例，但本申请并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本申请的保护范围内。

Claims (10)

1.一种大口径多反射面级联天线链路损耗测试装置，其特征在于，包括星上热定标源、冷空反射镜、旋转扫描镜、接收组件、第一低温参考源、第二低温参考源、高温参考源和聚束反射面，并形成以下信号通道：

第一信号通道：星上热定标源→旋转扫描镜→接收组件；

第二信号通道：第一低温参考源→冷空反射镜→旋转扫描镜→接收组件；

第三信号通道：高温参考源→聚束反射面→多反射面级联天线→旋转扫描镜→接收组件；

第四信号通道：第二低温参考源→聚束反射面→多反射面级联天线→旋转扫描镜→接收组件；

接收组件用于分别接收旋转扫描镜进行周期性的旋转后，秒级周期内观测星上热定标源、第一低温参考源、高温参考源和第二低温参考源所对应的电压为V_h0、V_c0、V_h1和V_c1；

其中，V_h0为接收组件经第一通道得到的星上热定标源对应的电压，V_c0为接收组件经第二通道得到的第一低温参考源对应的电压，V_h1为接收组件经第三通道得到的高温参考源对应的电压，V_c1为接收组件经第四通道得到的第二低温参考源对应的电压；

基于电压V_h0、V_c0、V_h1和V_c1计算链路损耗，计算公式如下：

2.根据权利要求1所述的大口径多反射面级联天线链路损耗测试装置，其特征在于，所述第一低温参考源安装于所述冷空反射镜口面。

3.根据权利要求1所述的大口径多反射面级联天线链路损耗测试装置，其特征在于，所述高温参考源和第二低温参考源均安装在以所述聚束反射面焦点为圆心、半径为200mm的圆周上。

4.根据权利要求1所述的大口径多反射面级联天线链路损耗测试装置，其特征在于，所述聚束反射面口径大于待测大口径多反射面级联天线的反射面口径。

5.如权利要求1所述的一种大口径多反射面级联天线链路损耗测试装置，其特征在于，所述高温参考源、第一低温参考源和第二低温参考源口径为Φ200mm。

6.如权利要求1所述的一种大口径多反射面级联天线链路损耗测试装置，其特征在于，所述旋转扫描镜采用偏焦设计。

7.根据权利要求1所述的大口径多反射面级联天线链路损耗测试装置，其特征在于，所述聚束反射面表面采用单一金属层。

8.一种大口径多反射面级联天线链路损耗测试方法，应用如权利要求1至7任意一项所述的大口径多反射面级联天线链路损耗测试装置，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1：将第一低温参考源安装于冷空反射镜口面，第二低温参考源和高温参考源均安装于以聚束反射面焦点为圆心、半径为200mm的圆周上；

步骤S2：将所述高温参考源与星上热定标源的物理温度控制一致，将所述第一低温参考源和第二低温参考源的物理温度控制一致；

步骤S3：驱动旋转扫描镜进行周期性的旋转，秒级周期内分别观测星上热定标源、第一低温参考源、高温参考源和第二低温参考源，并分别记录接收组件输出电压为V_h0、V_c0、V_h1和V_c1；

步骤S4：计算链路损耗，该链路损耗含多反射面级联天线、冷空反射镜和聚束反射面；

其中，V_h0为接收组件经第一通道得到的星上热定标源对应的电压，V_c0为接收组件经第二通道得到的第一低温参考源对应的电压，V_h1为接收组件经第三通道得到的高温参考源对应的电压，V_c1为接收组件经第四通道得到的第二低温参考源对应的电压；

步骤S5：测试聚束反射面损耗η_a和冷空反射镜损耗η_c；

步骤S6：修正聚束反射面和冷空反射镜损耗影响，获取多反射面级联天线辐射链路损耗η＝η₀/((1-η_a)*(1-η_c))。

9.根据权利要求8所述的大口径多反射面级联天线链路损耗测试方法，其特征在于，在所述步骤S5中，采用导电率测试和半物理仿真分析方法测试聚束反射面损耗η_a。

10.根据权利要求8所述的大口径多反射面级联天线链路损耗测试方法，其特征在于，在所述步骤S5中，采用近场辐射性能测试和导电率测试方法测试冷空反射镜损耗η_c。

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