CN111239165A - 一种天线面材料高功率脉冲冲击响应测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于高功率微波辐射的天线系统的测试装置，为解决现有技术中缺少测试天线面材料对高功率微波辐射影响的测试系统的技术问题，提供一种天线面材料高功率脉冲冲击响应测试装置，包括高功率微波发生单元和真空罐，以及设置于真空罐内的第一耦合器、第二耦合器和支架；支架上安装有发射喇叭、接收喇叭、测试板、第一椭球反射面和第二椭球反射面；测试板位于第一椭球反射面和第二椭球反射面相互重合的焦点处，测试板的材质与待测天线面材料相同；第一耦合器与发射喇叭固定连接，发射喇叭位于第一椭球反射面的另一个焦点上，第二耦合器与接收喇叭固定连接，接收喇叭位于第二椭球反射面的另一个焦点上。

Description

一种天线面材料高功率脉冲冲击响应测试装置

技术领域

本发明属于高功率微波辐射天线系统的测试装置，具体涉及一种天线面材料高功率脉冲冲击响应测试装置。

背景技术

随着高功率微波技术的不断发展，高功率微波在多领域具有广泛的应用前景。为了将高功率微波作用于目标，需要将高功率微波源产生的高功率微波进行辐射，天线系统是进行高功率微波辐射的关键系统。传统的天线形式有很多种，但是能应用在高功率微波领域的天线形式并不多，主要是受限于天线的辐射效率、天线面材料的功率容量和天线在短脉冲下的响应特性。为了确定辐射天线，首先要寻找满足高功率微波辐射要求的天线材料。研究表明，天线材料在特定高功率微波激励下，由于材料二次电子发射或表面局部释气产生电离，会造成天线材料的反射效率下降，甚至造成材料损伤，影响天线工作性能与寿命。因此需要对天线面材料在高功率微波激励下的表面二次电子发射特性以及反射效率特性进行测试，以确认选用的天线面材料对高功率微波辐射的影响，但目前缺乏关于天线面材料相关性能测试的系统。

发明内容

本发明的主要目的是解决现有技术中缺少测试天线面材料对高功率微波辐射影响的测试系统的技术问题，提供一种天线面材料高功率脉冲冲击响应测试装置。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种天线面材料高功率脉冲冲击响应测试装置，其特殊之处在于，包括高功率微波发生单元和真空罐，以及设置于真空罐内的第一耦合器、第二耦合器和支架；

所述真空罐的内壁上设有尖劈吸波材料；

所述支架上安装有发射喇叭、接收喇叭、测试板、第一椭球反射面和第二椭球反射面；

所述第一椭球反射面和第二椭球反射面并排设置，第一椭球反射面和第二椭球反射面有一个焦点相互重合，所述测试板位于第一椭球反射面和第二椭球反射面相互重合的焦点处，测试板的材质与待测天线面材料相同；

所述第一耦合器与发射喇叭固定连接，发射喇叭位于第一椭球反射面的另一个焦点上，发射喇叭的输出端朝向第一椭球反射面；所述第二耦合器与接收喇叭固定连接，接收喇叭位于第二椭球反射面的另一个焦点上，接收喇叭的接收端朝向第二椭球反射面，第二耦合器上连接有微波吸收负载，所述微波吸收负载位于真空罐内；第一耦合器和第二耦合器均连接有微波测试组件，两个微波测试组件均设置于真空罐之外，分别通过设置于真空罐上的第一穿舱法兰、第二穿舱法兰与第一耦合器、第二耦合器相连；

所述高功率微波发生单元向第一耦合器输送高功率微波，第一耦合器接收高功率微波，经发射喇叭辐射至第一椭球反射面，反射后汇聚至测试板，再反射至第二椭球反射面，经反射后汇聚至接收喇叭。

进一步地，所述高功率微波发生单元通过辐射的方式注入微波，高功率微波发生单元包括微波暗室、高功率微波源和馈入喇叭；

所述微波暗室的内表面上设有尖劈吸波材料；真空罐位于微波暗室内；

所述高功率微波源的输出端上设有辐射喇叭，所述辐射喇叭的辐射端位于微波暗室内；

所述馈入喇叭通过第一穿舱法兰安装于真空罐的外侧，馈入喇叭与第一耦合器相连，馈入喇叭与辐射喇叭相对设置。

其中，高功率微波源可以放置在微波暗室内，或者放置在微波暗室外，也可以一部分位于微波暗室内，一部分位于微波暗室外。

进一步地，所述高功率微波发生单元通过耦合的方式馈入微波，所述高功率微波发生单元包括微波暗室和高功率微波源；所述高功率微波源的传输通路上设有在线耦合器，所述在线耦合器通过传输波导与第一耦合器相连。

进一步地，所述支架包括固定于真空罐内壁的底板，所述底板上安装有喇叭伸缩支座、椭球反射面伸缩支座和测试板伸缩支座，喇叭伸缩支座、椭球反射面伸缩支座和测试板伸缩支座分别与设置于底板上的滑轨相适配；椭球反射面伸缩支座和喇叭伸缩支座的分别设有两个多向安装座，测试板伸缩支座的顶部设有一个多向安装座；发射喇叭和接收喇叭分别安装于喇叭伸缩支座顶部的两个多向安装座上，第一椭球反射面和第二椭球反射面分别安装于椭球反射面伸缩支座顶部的两个多向安装座上，测试板安装于测试板伸缩支座顶部的多向安装座上。

进一步地，所述真空罐的侧壁上设有至少一个观察窗，用于观察测试过程中测试板上的微放电情况。

进一步地，所述微波测试组件包括依次连接的同轴衰减器、检波器、微波电缆和示波器；所述第一耦合器和第二耦合器分别与同轴衰减器相连。若检波器的工作范围满足测试要求，也可不连接同轴衰减器，此时，第一耦合器和第二耦合器分别与检波器相连。

进一步地，所述尖劈吸波材料采用碳化硅材料，吸波材料用于吸收散射微波，减少对测试结果的影响。

进一步地，所述第一椭球反射面、第二椭球反射面和支架均采用铝材料。

进一步地，还包括与真空罐内部连通的抽真空装置，用于根据需要提供合适的真空度。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明的测试装置，用于进行天线面材料高功率脉冲冲击试验，高功率微波发生单元发出的微波经第一耦合器注入，由发射喇叭辐射，经第一椭球反射面反射后汇聚于测试板上，并由测试板反射至第二椭球反射面上，经第二椭球反射面后汇聚于接收喇叭，再由第二耦合器输出，通过微波测试组件分别测试输入微波和输出微波，进而真实的反映出测试板对高功率微波的影响，可对各种天线材料在不同功率水平下进行灵活测试，具有在真空环境下开展实验的能力，具有较强的环境适应性。

2.本发明的高功率微波发生单元提供了两种高功率微波注入形式，分别是辐射接收方式和耦合输入方式，可根据需要适当的进行选择，使本发明的测试装置能够适用于更多的使用需求。

3.本发明能够通过支架灵活调整两个椭球反射面、两个喇叭和测试板的位置，以及其安装角度，便于根据测试情况调整各部分的具体位置，以达到更好的测试结果。

4.本发明的真空罐上设有至少一个观察窗，便于观察真空罐内的测试情况。

5.本发明微波测试组件由同轴衰减器、检波器、微波电缆和示波器依次连接组成，使测试装置能够通过测试输入功率和输出功率，以及微波波形的变化，给出测试板所用材料在高功率下的反射率和脉冲响应特性等，能够更真实的反映出测试板对应的天线面材料对高功率微波辐射的影响。

6.本发明的尖劈吸波材料采用碳化硅材料，具有耐高功率和低释气率特性，是用在高功率、高真空测试环境的理想材料，能够有效吸收真空罐内的散射微波，减小真空罐对测试结果的影响。

7.本发明的抽真空装置，能够为真空罐内提供可调节的真空环境。

附图说明

图1为本发明实施例的空间排布结构示意图；

图2为本发明一个实施例的结构示意图；

图3为本发明另一个实施例的结构示意图；

图4为本发明实施例中第一椭球反射面和第二椭球反射面的正面示意图；

图5为本发明实施例中第一椭球反射面和第二椭球反射面的背面示意图。

其中，1-第一椭球面、2-第二椭球面、3-测试板、4-发射喇叭、5-接收喇叭、6-第一耦合器、7-第二耦合器、8-微波吸收负载、901-底板、902-喇叭伸缩支座、903-椭球反射面伸缩支座、904-测试板伸缩支座、10-微波测试组件、11-辐射喇叭、12-真空罐、13-馈入喇叭、14-尖劈吸波材料、15-第一穿舱法兰、16-微波暗室、17-观察窗、18-高功率微波源、19-第二穿舱法兰、20-抽真空装置、21-在线耦合器、22-传输波导。

具体实施方式

下面将结合本发明的实施例和附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例并非对本发明的限制。

如图1和图2，一种天线面材料高功率脉冲冲击响应测试装置，包括高功率微波发生单元、真空罐12和设置于真空罐12内的支架。

真空罐12为内腔直径1.5m，高度2m的圆柱腔体，也可以是球形和长方体状，满足内部各部件对测试空间的要求即可，真空罐12的内壁上设有尖劈吸波材料14，可选用碳化硅作为吸波材料14，作为一种优选方案，在真空罐12内壁上的安装高度为50mm，用于吸收真空罐12内的散射微波，减小真空罐12对测试结果的影响，吸波材料14的安装高度可根据需要进行调整。

支架用于支撑安装真空罐12内的各部件，支架包括固定于真空罐12内壁的底板901，所述底板901上安装有喇叭伸缩支座902、椭球反射面伸缩支座903和测试板伸缩支座904903，喇叭伸缩支座902、椭球反射面伸缩支座903和测试板伸缩支座904903分别与设置于底板901上的滑轨相适配，根据椭球反射面、喇叭和测试板3的安装位置，可适应性的设计滑轨，相应的伸缩支座能够沿滑轨移动；椭球反射面伸缩支座903和喇叭伸缩支座902的分别设有两个多向安装座，测试板伸缩支座904903的顶部设有一个多向安装座；发射喇叭4和接收喇叭5分别安装于喇叭伸缩支座902顶部的两个多向安装座上，第一椭球反射面1和第二椭球反射面2分别安装于椭球反射面伸缩支座903顶部的两个多向安装座上，测试板3安装于测试板伸缩支座904903顶部的多向安装座上。各伸缩支座能够用于调节安装在其上的相关部件的安装高度，伸缩的实现可直接采用常用的伸缩调节结构，如螺纹连接的套管形式、销钉固定的套管形式、电动直线驱动的形式等。各多向安装座能够用于调节安装在其上的相关部件的俯仰角度和摆动角度等，可以采用常用的万向安装座实现。支架用于保证测试装置内各部件的相对位置精度。

第一椭球反射面1和第二椭球反射面2并排设置，第一椭球反射面1和第二椭球反射面2有一个焦点相互重合，测试板3位于第一椭球反射面1和第二椭球反射面2相互重合的焦点处，第一椭球反射面1、第二椭球反射面2和支架均可采用金属铝材料。如图4和图5是两个椭球反射面的正反面示意图，两个椭球反射面的长轴为485mm，短轴为450mm。测试板3的材质与待测天线面材料相同，用于真实的反映待测天线面材料的微波辐射影响，测试板3的尺寸一般为长*宽*厚为300mm*300mm*10mm，材料根据待测天线面材料选择，可以是金属铝、钛合金或碳纤维，也可以是金属网面等。

第一耦合器6与发射喇叭4固定连接，发射喇叭4位于第一椭球反射面1的另一个焦点上，发射喇叭4的输出端朝向第一椭球反射面1；第二耦合器7与接收喇叭5固定连接，接收喇叭5位于第二椭球反射面2的另一个焦点上，接收喇叭5的接收端朝向第二椭球反射面2。发射喇叭4和接收喇叭5均为圆锥波纹喇叭，口面内径为60mm。

第二耦合器7的直通端上连接有微波吸收负载8，该微波吸收负载8为高功率微波吸收负载，微波吸收负载8位于真空罐12内，用于吸收多余的微波。第一耦合器6和第二耦合器7均连接有微波测试组件10，两个微波测试组件10均设置于真空罐12之外，分别通过设置于真空罐12上的第一穿舱法兰15和第二穿舱法兰19与第一耦合器6和第二耦合器7相连，微波测试组件10由依次连接的同轴衰减器、检波器、微波电缆和示波器组成，同轴衰减器与第一耦合器6和第二耦合器7的耦合端口相连。若检波器的工作范围能够满足测试要求，也可不安装同轴衰减器，此时检波器与第二耦合器7相连。通过两个微波测试组件10能够分别测试微波的输入功率和输出功率，以及微波的波形变化，给出测试板3对应的待测天线面材料在高功率微波下的反射率和脉冲响应特性，真实反映对应的天线面材料对高功率微波辐射的影响。

测试时，高功率微波发生单元向第一耦合器6输送高功率微波，第一耦合器6接收高功率微波，经发射喇叭辐射至第一椭球反射面1，反射后汇聚至测试板3，再反射至第二椭球反射面2，经反射后汇聚至接收喇叭5。

如图2，在本发明的一个实施例中，高功率微波发生单元采用辐射接收的方式馈入高功率微波，高功率微波发生单元包括微波暗室16、高功率微波源18和馈入喇叭13。真空罐12位于微波暗室16内，避免外部环境对测试结果的影响，微波暗室16的内表面上设有尖劈吸波材料，微波暗室16内的吸波材料可选用普通的聚氨酯吸波材料即可，若有特殊需求，也可采用碳化硅材料，设置的尖劈吸波材料14用于吸收微波暗室16内的散射微波，减小微波暗室对高功率微波源发出的微波的影响。高功率微波源18的输出端上设有辐射喇叭11，辐射喇叭11的辐射端位于微波暗室16内，馈入喇叭13通过第一穿舱法兰15安装于真空罐12的外侧，馈入喇叭13与第一耦合器6相连，馈入喇叭13与安装于高功率微波源18上的辐射喇叭11相对设置。真空罐12放置于高功率微波源18的辐射场内，馈入喇叭13与辐射喇叭11相对设置，馈入喇叭13指向高功率微波源18，置于高功率微波源18的辐射场内，高功率微波通过馈入喇叭13注入第一耦合器6，再经由发射喇叭4发射。微波的辐射功率通过移动真空罐12的位置，或更换在第一穿舱法兰15上接的馈入喇叭13的大小进行调整。其中，馈入喇叭13为圆锥波纹喇叭，口面直径分别为50mm、60mm和100mm等，不同口面直径对应不同的增益，通过更换不同口面直径的馈入喇叭13，可调整馈入功率，调整测试板3的表面场强，对待测天线面材料进行不同功率下的考核测试。

如图3，在本发明的另一个实施例中，高功率微波发生单元采用耦合输入的方式输入高功率微波，将在线耦合器21连接在高功率微波源18的传输通路上，通过传输波导22将耦合的微波通过第一穿舱法兰法兰15注入，再通过发射喇叭4辐射，辐射功率通过控制高功率微波源18的传输通路上在线耦合器的耦合度来控制。

另外，还可在真空罐12上连接抽真空装置20，抽真空装置20与真空罐12通过直径400mm的软波纹管对接，抽真空装置20可由机械泵、分子泵、低温泵、温度传感器和温控仪等组成，需要为真空罐12内提供真空环境时，启动抽真空装置，可为真空罐12内提供优于1.0*10^-4Pa的真空环境。

还可以在真空罐12的侧壁上设置一个或多个观察窗17，观察窗17可以采用直径100mm，厚度15mm的圆形铅玻璃，用于观察测试过程中测试板3表面的微放电情况。

采用上述测试装置，研究确定待测天线面材料的相关影响，为天线高功率应用可靠性和寿命的研究提供支持。

以上所述仅为本发明的实施例，并非对本发明保护范围的限制，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种天线面材料高功率脉冲冲击响应测试装置，其特征在于：包括高功率微波发生单元和真空罐(12)，以及设置于真空罐(12)内的第一耦合器(6)、第二耦合器(7)和支架；

所述真空罐(12)的内壁上设有尖劈吸波材料(14)；

所述支架上安装有发射喇叭(4)、接收喇叭(5)、测试板(3)、第一椭球反射面(1)和第二椭球反射面(2)；

所述第一椭球反射面(1)和第二椭球反射面(2)并排设置，第一椭球反射面(1)和第二椭球反射面(2)有一个焦点相互重合，所述测试板(3)位于第一椭球反射面(1)和第二椭球反射面(2)相互重合的焦点处，测试板(3)的材质与待测天线面材料相同；

所述第一耦合器(6)与发射喇叭(4)固定连接，发射喇叭(4)位于第一椭球反射面(1)的另一个焦点上，发射喇叭(4)的输出端朝向第一椭球反射面(1)；所述第二耦合器(7)与接收喇叭(5)固定连接，接收喇叭(5)位于第二椭球反射面(2)的另一个焦点上，接收喇叭(5)的接收端朝向第二椭球反射面(2)，第二耦合器(7)上连接有微波吸收负载(8)，所述微波吸收负载(8)位于真空罐(12)内；第一耦合器(6)和第二耦合器(7)均连接有微波测试组件(10)，两个微波测试组件(10)均位于真空罐(12)的外部，分别通过设置于真空罐(12)上的第一穿舱法兰(15)、第二穿舱法兰(19)与第一耦合器(6)、第二耦合器(7)相连；

所述高功率微波发生单元向第一耦合器(6)输送高功率微波，第一耦合器(6)接收高功率微波，经发射喇叭辐射至第一椭球反射面(1)，反射后汇聚至测试板(3)，再反射至第二椭球反射面(2)，经反射后汇聚至接收喇叭(5)。

2.如权利要求1所述一种天线面材料高功率脉冲冲击响应测试装置，其特征在于：所述高功率微波发生单元包括微波暗室(16)、高功率微波源(18)和馈入喇叭(13)；

所述微波暗室(16)的内表面上设有尖劈吸波材料(14)；真空罐(12)位于微波暗室(16)内；

所述高功率微波源(18)的输出端上设有辐射喇叭(11)，所述辐射喇叭(11)的辐射端位于微波暗室(16)内；

所述馈入喇叭(13)通过第一穿舱法兰(15)安装于真空罐(12)的外侧，并与第一耦合器(6)相连，馈入喇叭(13)与辐射喇叭(11)相对设置。

3.如权利要求1所述一种天线面材料高功率脉冲冲击响应测试装置，其特征在于：所述高功率微波发生单元包括微波暗室(16)和高功率微波源(18)；

所述高功率微波源(18)的传输通路上设有在线耦合器(21)，所述在线耦合器(21)通过传输波导(22)与第一耦合器(6)相连。

4.如权利要求2或3所述一种天线面材料高功率脉冲冲击响应测试装置，其特征在于：所述支架包括固定于真空罐(12)内壁的底板(901)，所述底板(901)上安装有喇叭伸缩支座(902)、椭球反射面伸缩支座(903)和测试板伸缩支座(904)，喇叭伸缩支座(902)、椭球反射面伸缩支座(903)和测试板伸缩支座(904)分别与设置于底板(901)上的滑轨相适配；椭球反射面伸缩支座(903)和喇叭伸缩支座(902)的顶部分别设有两个多向安装座，测试板伸缩支座(904)的顶部设有一个多向安装座；发射喇叭(4)和接收喇叭(5)分别安装于喇叭伸缩支座(902)顶部的两个多向安装座上，第一椭球反射面(1)和第二椭球反射面(2)分别安装于椭球反射面伸缩支座(903)顶部的两个多向安装座上，测试板(3)安装于测试板伸缩支座(904)顶部的多向安装座上。

5.如权利要求4所述一种天线面材料高功率脉冲冲击响应测试装置，其特征在于：所述真空罐(12)的侧壁上设有至少一个观察窗(17)。

6.如权利要求5所述一种天线面材料高功率脉冲冲击响应测试装置，其特征在于：所述微波测试组件(10)包括依次连接的同轴衰减器、检波器、微波电缆和示波器；所述第一耦合器(6)和第二耦合器(7)分别与同轴衰减器相连。

7.如权利要求6所述一种天线面材料高功率脉冲冲击响应测试装置，其特征在于：所述尖劈吸波材料(14)采用碳化硅材料。

8.如权利要求7所述一种天线面材料高功率脉冲冲击响应测试装置，其特征在于：所述第一椭球反射面(1)、第二椭球反射面(2)和支架均采用铝材料。

9.如权利要求8所述一种天线面材料高功率脉冲冲击响应测试装置，其特征在于：还包括与真空罐(12)内部连通的抽真空装置(20)。

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