CN112327045B - 基于高方向性双臂耦合器的圆波导te11模式诊断方法 - Google Patents
基于高方向性双臂耦合器的圆波导te11模式诊断方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112327045B CN112327045B CN202011186819.3A CN202011186819A CN112327045B CN 112327045 B CN112327045 B CN 112327045B CN 202011186819 A CN202011186819 A CN 202011186819A CN 112327045 B CN112327045 B CN 112327045B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- coupler
- mode
- arm
- double
- directivity
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 title claims abstract description 13
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 12
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims abstract description 42
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims abstract description 42
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims abstract description 41
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims abstract description 19
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 7
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 6
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 18
- 238000002955 isolation Methods 0.000 claims description 5
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 5
- 238000000465 moulding Methods 0.000 claims description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 239000012925 reference material Substances 0.000 description 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R21/00—Arrangements for measuring electric power or power factor
- G01R21/001—Measuring real or reactive component; Measuring apparent energy
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
- Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
Abstract
本发明属于圆波导模式诊断技术领域，提供一种基于高方向性双臂耦合器的圆波导TE11模式诊断方法。通过圆波导旋转关节将高功率微波源输出端口与高方向性双臂耦合器的输入端口连接，将高方向性耦合器的直通输出端口与高功率微波传输及辐射系统连接；通过在圆波导侧壁沿角向间隔90°设计两组高方向性耦合结构，并配合圆波导旋转关节，可在线诊断出高功率微波源输出的模式成分中是否含有干扰模式TE11模式、确定其极化方向并给出TM01模式和TE11模式各自的功率分量，为准确评价高功率微波源的工作状态提供数据依据。
Description
技术领域
本发明属于圆波导模式诊断技术领域，具体涉及一种圆波导TE11模式的诊断方法。
背景技术
在线测量技术是检测高功率微波源输出功率的一种重要手段。由于理论设计、加工与装配安装偏差等因素影响，高功率微波源产生微波时会存在不期望的干扰模式，影响高功率微波源效率。高功率微波源的输出主要为圆波导TM01模，模式不纯时会存在干扰模式TE11模，以往的在线测量方法主要利用探针型或多孔型单臂耦合器，通过提取少部分能量的方式检测高功率微波源的TM01模式输出功率(参考资料：高功率微波在线测量用宽带圆波导耦合器(ZL.201318003087.4)高功率微波在线耦合器功率测量装置及其标定结果(ZL.201010047131.7)一种高功率微波耦合测量装置 (ZL.201410339635.4))。当微波源输出存在干扰模式TE11模时，以往的测试方法无法判断微波源输出的TE11模式分量大小。为实现高功率微波模式诊断，有学者提出采用光子成像技术，将荧光管安装在垂直于天线的方位，荧光管内壁均匀涂覆薄层荧光粉，高功率微波辐射到荧光管，荧光管电离发光而产生与微波源同模式的图像(参考文献：黄志雄，姚建明等.高功率微波的模式测量[J].内燃机与动力装置，2009年6月，pp.31-33)，然而该方法只能对微波模式类别进行诊断，无法给出各模式分量的大小。
发明内容
本发明的目的：在于判断高功率微波源输出微波中是否存在干扰模式TE11模式、TE11模式的极化方向及分量大小。
为实现上述的目的，本发明提供一种基于高方向性双臂耦合器的圆波导高次模TE11模式诊断方法，具体包括如下步骤：
S1将高方向性双臂耦合器接入高功率微波源在线测试系统中
通过圆波导旋转关节将高功率微波源输出端口与高方向性双臂耦合器的输入端口连接，将高方向性耦合器的直通输出端口与高功率微波传输及辐射系统连接；
S2、判断高功率微波源是否存在高次模TE11模
高方向性双臂耦合器的两组副线在圆波导外壁沿角向间隔90°分布，测试高功率微波源的输出功率；
若耦合器的双臂测量值的差值相同或与耦合器双臂耦合度的固有差异相同，则判断该高功率微波源输出为TM01模式；
若耦合器的双臂测量值的差值与双臂耦合度的差值不同，则判断该高功率微波源输出除了TM01模式，还存在高次模TE11模；
S3、判断高次模TE11模的极化方向
沿轴向旋转高方向性耦合器，监测耦合器的双臂测试值，当耦合器的双臂测量值相同或与双臂耦合度固有差异相同时，则可判断双耦合臂成45°的夹角方向为高次模TE11模的极化方向；
S4、判断主模TM01模与高次模TE11模的量值大小
将高方向性耦合器在S3的基础上再旋转45°，此时耦合器的双臂测量值分别为主模TM01模值和主模TM01模与高次模TE11模的和值或差值，如公式(1)所示：
其中：
A为耦合器的一个耦合臂的监测值，该值为各向量值相同的TM01模的量值，此方向与TE11模极化方向成90°，TE11模在该方向量值为0；
B为耦合器的另一个耦合臂的监测值，该值为TM01模和TE11模的和值；当TE11模的极化方向和耦合臂方向重合时，此时式(1)为“+”；当TE11模的极化方向和耦合臂方向相差180°时，此时式(1)为“-”；
通过计算即可得到TM01模式和TE11模式各自的功率分量。
进一步的，使用的高方向性耦合器，包括耦合器的输入端口(a)，端口类型为圆波导；耦合器的直通输出端口(b)，端口类型为圆波导；双臂耦合器的耦合输出端口(2，4)，端口类型为矩形波导，双臂耦合器的隔离端口(1，3)，端口类型为矩形波导。
有益效果
本发明提出了一种基于高方向性双臂耦合器的圆波导TE11模式诊断方法，通过在圆波导侧壁沿角向间隔90°设计两组高方向性耦合结构，并配合圆波导旋转关节，可在线诊断出高功率微波源输出的模式成分中是否含有干扰模式TE11模式、确定其极化方向并给出TM01模式和TE11模式各自的功率分量，为准确评价高功率微波源的工作状态提供数据依据。
附图说明
图1为双臂耦合器结构示意图；
其中：a为耦合器的输入端口，端口类型为圆波导；b为耦合器的直通输出端口，端口类型为圆波导；2、4为双臂耦合器的耦合输出端口，端口类型为矩形波导，1、3为双臂耦合器的匹配端口，端口类型为矩形波导；
图2为本发明高功率微波源在线测试系统组成示意图；
图3为耦合输出不同模式微波分量原理图；
图4为本发明耦合器双臂测量值相同时TE11模式的极化方向。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进行一步详细的解释和说明。
本发明提供一种基于高方向性双臂耦合器的圆波导TE11模式诊断方法，具体包括如下步骤：
S1将高方向性双臂耦合器接入高功率微波源在线测试系统中
本发明基于的高方向性双臂耦合器如图1所示，其中a为耦合器的输入端口，端口类型为圆波导；b为耦合器的直通输出端口，端口类型为圆波导；双臂耦合器的耦合输出端口(2，4)，端口类型为矩形波导，双臂耦合器的隔离端口(1，3)，端口类型为矩形波导。
如图2所示，建立高功率微波源在线测试系统。高功率微波源输出端口通过圆波导旋转关节与高方向性双臂耦合器的输入端口a连接，高方向性耦合器的直通输出端口b通过圆波导旋转关节与高功率微波传输及辐射系统连接，其中：圆波导旋转关节用于实现在测试中沿角向调节高方向性双臂耦合器的布放状态、高方向性双臂耦合器用于提取主线中部分能量进行模式诊断和能量检测、高功率微波传输及辐射系统用于将源产生的高功率微波向外辐射形成所需的高功率微波辐射场。
高方向性双臂耦合器的端口2和端口4是耦合输出端口，提取的微波能量通过矩形波导衰减器进行第二级能量衰减后接入检波器，并在示波器上显示相应的检波包络，读取包络电压幅值、结合相应的检波器电压-功率特性曲线和衰减器衰减量，即可回推得到高方向性耦合器两耦合臂的耦合功率值；高方向性双臂耦合器的端口1和端口3是隔离端口，耦合器主线后端所接高功率微波传输及辐射系统由于端口失配产生的反射信号会通过隔离端口耦合输出、最终由大功率波导匹配负载吸收，耦合器的高方向性耦合结构设计会降低主线反射信号对耦合端口测试信号的影响。
这是本发明根据试验需求的建立的嵌入了双臂耦合器的高功率微波源在线测试系统，实际上，都可以依据试验任务的的需求建立相应的高功率微波源测试系统，只要按本步骤要求嵌入双臂耦合器，都能起到相应的作用。
S2、判断高功率微波源是否存在高次模TE11模；
通常，耦合器双臂的耦合度可以存在差异，不一定相同，但是这个差异值能够通过仪器设备(例如矢量网络分析仪)标定出来，所以说差异值明确。而当双臂耦合器设计出来以后，它的双臂耦合度如果存在差异，差异值就已经固定了，不可能再改变了，此时的差异值称为固有差异。
将高方向性双臂耦合器的两组副线在圆波导外壁沿角向间隔90°分布，在图2所示测量系统中，保持高功率微波源固定不动，测试高功率微波源的输出功率；则两耦合臂可实现沿着圆波导角向不同位置对主线中的场进行耦合，若主线中的场为圆波导TM01模式，其场分布满足沿角向均匀分布，则耦合旋转过程中两耦合臂的耦合输出值始终相同或与双臂耦合度固有差异相同；若TM01模式中混杂有非角向均匀的干扰模式TE11模式，则耦合器旋转过程中两耦合臂的耦合输出值必然存在变化，如图3所示。
那么后续步骤根据试验需求，设计耦合器旋转角度、并结合相应的耦合输出值即可完成TM01和TE11模式的模式诊断，即可获得TE11模式的极化方向及分量大小。
S3、旋转双臂耦合器，监测耦合器的双臂测试值，当耦合器的双臂监测值相同或与耦合器双臂的差值为固有差值时，可判断高功率微波源的高次 TE11模的极化方向为与此时高方向性耦合器的双耦合臂成45度夹角方向，如图4所示。
S4、在步骤S2的基础上再次将高方向性双臂耦合器旋转45°，监测耦合器双臂的耦合值，此时耦合器的双臂测量值分别为主模TM01模值和主模 TM01模与高次模TE11模的和值或差值，通过计算即可得到TM01模式和高次模TE11模式各自的功率分量。
根据监测值，可得到式(1)：
式中：
A为耦合器的一个耦合臂的监测值，该值为各向量值相同的TM01模的量值，此方向与TE11模极化方向成90°，TE11模在该方向量值为0；
B为耦合器的另一个耦合臂的监测值，该值为TM01模和TE11模的和值。当TE11模的极化方向和耦合臂方向重合时，此时式(1)为“+”；当TE11模的极化方向和耦合臂方向相差180°时，此时式(1)为“-”。
由式(1)可分别得到高功率微波源输出主模TM01模和高次模TE11模的量值。
Claims (2)
1.基于高方向性双臂耦合器的圆波导高次模TE11模式诊断方法，其特征在于如下步骤：
S1将高方向性双臂耦合器接入高功率微波源在线测试系统中
通过圆波导旋转关节将高功率微波源输出端口与高方向性双臂耦合器的输入端口连接，将高方向性耦合器的直通输出端口与高功率微波传输及辐射系统连接；
S2、判断高功率微波源是否存在高次模TE11模
高方向性双臂耦合器的两组副线在圆波导外壁沿角向间隔90°分布，测试高功率微波源的输出功率；
若耦合器的双臂测量值的差值相同或与耦合器双臂耦合度的固有差异相同，则判断该高功率微波源输出为TM01模式；
若耦合器的双臂测量值的差值与双臂耦合度的差值不同，则判断该高功率微波源输出除了TM01模式，还存在高次模TE11模；
S3、判断高次模TE11模的极化方向
沿轴向旋转高方向性耦合器，监测耦合器的双臂测试值，当耦合器的双臂测量值相同或与双臂耦合度固有差异相同时，则可判断双耦合臂成45°的夹角方向即为高次模TE11模的极化方向；
S4、判断主模TM01模与高次模TE11模的量值大小
将高方向性耦合器在S3的基础上再旋转45°，此时耦合器的双臂测量值分别为主模TM01模值和主模TM01模与高次模TE11模的和值或差值，如公式(1)所示：
其中：
A为耦合器的一个耦合臂的监测值，该值为各向量值相同的TM01模的量值，此方向与TE11模极化方向成90°，TE11模在该方向量值为0；
B为耦合器的另一个耦合臂的监测值，该值为TM01模和TE11模的和值；当TE11模的极化方向和耦合臂方向重合时，此时式(1)为“+”；当TE11模的极化方向和耦合臂方向相差180°时，此时式(1)为“-”；
通过计算即可得到TM01模式和TE11模式各自的功率分量。
2.根据如权利要求1所述的基于高方向性双臂耦合器的圆波导高次模TE11模式诊断方法，其特征在于：所述的高方向性耦合器，包括耦合器的输入端口(a)，端口类型为圆波导；耦合器的直通输出端口(b)，端口类型为圆波导；双臂耦合器的耦合输出端口(2，4)，端口类型为矩形波导，双臂耦合器的隔离端口(1，3)，端口类型为矩形波导。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011186819.3A CN112327045B (zh) | 2020-10-29 | 2020-10-29 | 基于高方向性双臂耦合器的圆波导te11模式诊断方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011186819.3A CN112327045B (zh) | 2020-10-29 | 2020-10-29 | 基于高方向性双臂耦合器的圆波导te11模式诊断方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112327045A CN112327045A (zh) | 2021-02-05 |
| CN112327045B true CN112327045B (zh) | 2024-03-26 |
Family
ID=74297446
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202011186819.3A Active CN112327045B (zh) | 2020-10-29 | 2020-10-29 | 基于高方向性双臂耦合器的圆波导te11模式诊断方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112327045B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113740708B (zh) * | 2021-08-27 | 2022-10-25 | 西安交通大学 | 一种基于八孔耦合器的圆波导te11与tm01混合模式诊断方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105044485A (zh) * | 2015-06-03 | 2015-11-11 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 高功率微波TM0n混合模式在线测量装置及测量方法 |
| CN109669075A (zh) * | 2019-01-25 | 2019-04-23 | 电子科技大学 | 基于开口矩形波导的介质复介电常数无损反射测量方法 |
| CN111812121A (zh) * | 2020-06-29 | 2020-10-23 | 中国人民解放军军事科学院军事医学研究院 | 一种多路高功率微波复合生物照射系统 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7394335B2 (en) * | 2005-08-05 | 2008-07-01 | National Tsing Hua University | Polarized high-order mode electromagnetic wave coupler and its coupling method |
-
2020
- 2020-10-29 CN CN202011186819.3A patent/CN112327045B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105044485A (zh) * | 2015-06-03 | 2015-11-11 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 高功率微波TM0n混合模式在线测量装置及测量方法 |
| CN109669075A (zh) * | 2019-01-25 | 2019-04-23 | 电子科技大学 | 基于开口矩形波导的介质复介电常数无损反射测量方法 |
| CN111812121A (zh) * | 2020-06-29 | 2020-10-23 | 中国人民解放军军事科学院军事医学研究院 | 一种多路高功率微波复合生物照射系统 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| X波段高功率宽带选模定向耦合器;喻寄航;宫玉彬;王战亮;余川;廖勇;;强激光与粒子束;20180118(第02期);全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN112327045A (zh) | 2021-02-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107861050B (zh) | 一种利用矢量网络分析仪进行在片测试的方法 | |
| Newell | Error analysis techniques for planar near-field measurements | |
| US7053627B2 (en) | Impedance standard substrate and method for calibrating vector network analyzer | |
| US20040201383A1 (en) | Balanced device characterization including test system calibration | |
| CN100392379C (zh) | 一种微波吸收材料反射率的测量方法 | |
| US6836743B1 (en) | Compensating for unequal load and source match in vector network analyzer calibration | |
| US7924025B2 (en) | System, device, and method for embedded S-parameter measurement | |
| US20210318404A1 (en) | Electric field probe and magnetic field probe calibration system and method based on multiple components | |
| CN112327045B (zh) | 基于高方向性双臂耦合器的圆波导te11模式诊断方法 | |
| CN110018361B (zh) | 一种相控阵天线增益噪声温度比值测量方法及系统 | |
| CN111983538B (zh) | 在片s参数测量系统校准方法及装置 | |
| CN109257116A (zh) | 用于检测输出端电压驻波比的系统及方法 | |
| CN101369825B (zh) | 四端口微带传输线网络串扰测量装置 | |
| Ridler et al. | Strategies for traceable submillimeter-wave vector network analyzer | |
| CN113125857A (zh) | 一种基于开路同轴线的吸波材料介电参数测量与反演方法 | |
| CN102437888A (zh) | 一种驻波比告警电路的校准方法及检测方法 | |
| CN106645213A (zh) | 金属板件表面腐蚀缺陷检测和评估的微波检测探头及方法 | |
| CN109782200B (zh) | 一种材料电磁参数测量方法 | |
| CN110058056B (zh) | 一种非标测试夹具 | |
| Shao et al. | A virtual network matching method for correcting asymmetric near-field probing system | |
| Horibe | Measurement uncertainty model for vector network analyzers with frequency extension modules at terahertz frequencies | |
| CN115494308A (zh) | 一种材料电磁参数测量装置及测量方法 | |
| Lewandowski et al. | Wideband measurement of extreme impedances with a multistate reflectometer | |
| Cui et al. | Near field to Far Field Transformation and Data Processing Based on Spherical Scanning | |
| Cui et al. | Non-destructive measurement of equivalent source reflection coefficient using a tuner |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |