CN112067235B - 一种降低高功率微波辐照风洞试验喇叭天线s11参数的装置 - Google Patents

一种降低高功率微波辐照风洞试验喇叭天线s11参数的装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种降低高功率微波辐照风洞试验喇叭天线S11参数的装置。该装置根据不同的辐照物的几何尺寸和材质，由相同长度和横截面积的吸波条棒组成吸波条棒阵列，根据试验需要，将吸波条棒阵列布置在除微波源所在内壁面外的风洞其它内壁面上。本发明的降低高功率微波辐照风洞试验喇叭天线S11参数的装置可以解决微波辐射对微波源造成损害以及微波在风洞内向上下游传播时对其它仪器设备造成损害的问题。

Description

一种降低高功率微波辐照风洞试验喇叭天线S11参数的装置
技术领域
本发明属于风洞设备技术领域，具体涉及一种降低高功率微波辐照风洞试验喇叭天线S11参数的装置。
背景技术
对于注入风洞内部的高功率微波而言，主要应有以下几点要求：一是风洞外部应避免电磁辐射外泄，损害其它仪器设备运行；二是风洞内部飞机表面到靶功率密度应满足实验需要，不低于100W/cm2；三是要限制反射回到微波源的功率，避免微波源损坏，反射系数应低于-20dB；四是要限制微波向风洞内部上下游传播，避免上下游微波功率过大对其它仪器设备造成损害。
针对上述第一点要求，当喇叭天线位于窗口正上方时，尽管可以使用20dB 以上的较高增益的喇叭天线，但仍然无法避免微波向环境中逸散，微波源发出的高功率微波，即使少量功率逸散仍将对风洞外部其它仪器设备造成影响。因此，为了避免因风洞外部环境中的电磁辐射过强而对其它仪器设备造成干扰、损害，采取喇叭天线紧贴窗口放置的方案更为稳妥。
由于喇叭天线紧贴窗口放置，天线口径面与被辐照物的距离变短，理论上到靶功率更容易满足试验需要，但是，同样经由被辐照物反射回到微波源的功率也会增大，可能对微波源造成损坏。
当前，亟需发展一种降低高功率微波辐照风洞试验喇叭天线S11参数的装置，以解决微波辐射对微波源造成损害以及微波在风洞内向上下游传播的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种降低高功率微波辐照风洞试验喇叭天线S11参数的装置。
本发明的降低高功率微波辐照风洞试验喇叭天线S11参数的装置，其特点是：所述的装置为吸波载荷阵列，所述的吸波载荷阵列由相同长度和横截面积的吸波条棒组成，吸波载荷阵列布置在除微波源所在内壁面外的风洞内壁面上。
进一步地，所述的吸波条棒的长度为L1，吸波条棒的截面形状为正方形，截面边长为d，辐照物的长度为L2，L1≈L2。
进一步地，所述的吸波条棒的材质为SiC。
本发明的降低高功率微波辐照风洞试验喇叭天线S11参数的装置，在采取将微波源的喇叭天线紧贴窗口的方案的情况下，能够将反射回到微波源的微波功率限制在-20dB以下，保证喇叭天线注入端口处S11系数均小于-20dB，起到保护微波源不被损坏的作用。
本发明的降低高功率微波辐照风洞试验喇叭天线S11参数的装置，经过优化设计确定的吸波条棒的几何参数，能够使吸波条棒适用于不同反射角条件，具有普适性。
本发明的降低高功率微波辐照风洞试验喇叭天线S11参数的装置，可以根据辐照物和风洞试验需求，布置所需的吸波载荷阵列，具有实用性和灵活性。
本发明的降低高功率微波辐照风洞试验喇叭天线S11参数的装置，采用吸波载荷阵列，可以有效解决微波辐射对微波源造成损害以及微波在风洞内向上下游传播时对其它仪器设备造成损害的问题。
附图说明
图1为飞机模型和本发明的降低高功率微波辐照风洞试验喇叭天线S11参数的装置在高功率微波辐照风洞内部试验平台中的安装图；
图2为飞机模型的喇叭天线注入端口的S11参数模拟曲线；
图3为平板模型和本发明的降低高功率微波辐照风洞试验喇叭天线S11参数的装置在高功率微波辐照风洞内部试验平台中的安装图；
图4为平板模型的喇叭天线注入端口的S11参数模拟曲线。
图中，1.吸波载荷阵列2.吸波条棒3.飞机模型4.平板模型5.喇叭天线。
Figure BDA0002679489360000031
曲线表示飞机模型在0°时的喇叭天线注入端口S11参数模拟曲线；
○曲线表示飞机模型在45°时的喇叭天线注入端口S11参数模拟曲线；
☆曲线表示飞机模型在90°时的喇叭天线注入端口S11参数模拟曲线；
□曲线表示飞机模型在135°时的喇叭天线注入端口S11参数模拟曲线；
×曲线表示飞机模型在180°时的喇叭天线注入端口S11参数模拟曲线；
—曲线表示平板模型的喇叭天线注入端口S11参数模拟曲线。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明。
本发明的降低高功率微波辐照风洞试验喇叭天线S11参数的装置为吸波载荷阵列1，所述的吸波载荷阵列1由相同长度和横截面积的吸波条棒2组成，吸波载荷阵列1布置在除微波源所在内壁面外的风洞内壁面上。
进一步地，所述的吸波条棒2的长度为L1，吸波条棒2的截面形状为正方形，截面边长为d，辐照物的长度为L2，L1≈L2。
进一步地，所述的吸波条棒2的材质为SiC。
以下实施例中喇叭天线5均紧贴风洞窗口。
以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
本实施例为本发明的降低高功率微波辐照风洞试验喇叭天线S11参数的装置应用于辐照物为飞机模型3时的吸波载荷阵列1的设计和实施效果。
如图1所示，辐照物为飞机模型3，飞机模型3的材质为损耗金属，电导率值为1.68×108S/m，飞机模型3的长度L1为388.87mm。经过优化设计后，每个吸波条棒2的长度L2为300mm，小于飞机模型3的长度，吸波条棒2的截面形状为正方形，截面边长d为20mm。除微波源所在内壁面外，在风洞其余的三个内壁面布置吸波载荷阵列1，每个吸波载荷阵列1由5个并列排列的吸波条棒2 组成，吸波载荷阵列1平铺内壁面上。
计算机模拟结果见图2，由图2可知，在飞机模型3以X轴为旋转轴偏转角分别为0°、45°、90°、135°和180°时，9.7GHz频率处喇叭天线5注入端口处S11系数均小于-20dB，可避免微波源的损坏。而且，因为喇叭天线5和风洞的材质为理想金属，表面不会产生欧姆损耗，所以理论上喇叭天线5在注入端口处的反射系数应略低于计算机模拟结果。
实施例2
本实施例为本发明的降低高功率微波辐照风洞试验喇叭天线S11参数的装置应用于辐照物为平板模型4时的吸波载荷阵列1的设计和实施效果。
如图3所示，辐照物为平板模型4，平板模型4的基底材质为金属Al，平板模型4在X方向长度L1为200mm，Z方向长度为100mm，Y方向厚度为8mm，平板模型4的上、下表面均设置有一层0.5mm厚的理想的吸波材料层。平板模型4中吸波材料层的模拟参数为：相对介电常数和相对磁导率均为1，电损耗角正切值和磁损耗角正切值均为1.8，设置为具有固定电导率和磁导率，在9.7GHz 时，平板模型4的电导率为0.97S/m，磁导率为137859S-1m-1。吸波材料层的介质损耗由完全匹配层边界反射系数的计算公式进行估计：
Figure BDA0002679489360000041
式中，θ为入射角，取θ＝0°，η为波阻抗，由于在参数设置中保持电参数和磁参数的对称性，吸波材料层的η波阻抗等于真空波阻抗，η＝377Ω，σ为电导率，是常值，σ不随深度x变化，σx＝0.97S/m。
经过优化设计后，每个吸波条棒2的长度L2为300mm，大于平板模型4在 X方向长度L1的长度200mm，吸波条棒2的截面形状为正方形，截面边长d 为20mm。除微波源所在内壁面外，在风洞其余的三个内壁面布置吸波载荷阵列1，每个吸波载荷阵列1由5个并列排列的吸波条棒2组成，吸波载荷阵列1 平铺内壁面上。
计算机模拟结果见图4，由图4可知，平板模型4的功率吸收系数约为-3dB，模拟结果表明，在9.7GHz频率处，反射系数同样小于-20dB，也可避免微波源的损坏。而且，也因为喇叭天线5和风洞的材质为理想金属，表面不会产生欧姆损耗，所以理论上喇叭天线5在注入端口处的反射系数应略低于计算机模拟结果。
通过计算YZ截面上的功率密度分布可知，辐照功率有相当一部分并不直接入射到平板模型4的吸波材料层上。放置在喇叭天线5对面的风洞内壁面和风洞两侧内壁面上的吸波载荷阵列1可以起到吸收辐照、产生漫反射的作用，从而降低喇叭天线5注入端口处的反射系数。若增大平板模型4的面积，则可吸收更多辐照，进一步降低微波向风洞上下游传播，减少传播的微波功率。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (2)

1.一种降低高功率微波辐照风洞试验喇叭天线S11参数的装置，其特征在于：所述的装置为吸波载荷阵列(1)，所述的吸波载荷阵列(1)由相同长度和横截面积的吸波条棒(2)组成，吸波载荷阵列(1)平铺在除微波源所在内壁面外的风洞内壁面上，喇叭天线( 5) 均紧贴风洞窗口；
所述的吸波条棒(2)的长度为L1，吸波条棒(2)的截面形状为正方形，截面边长为d，辐照物的长度为L2，L1≈L2。
2.根据权利要求1所述的降低高功率微波辐照风洞试验喇叭天线S11参数的装置，其特征在于：所述的吸波条棒(2)的材质为SiC。
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