CN113203484B - 一种涂敷方锥型微波辐射计定标源单元结构 - Google Patents
一种涂敷方锥型微波辐射计定标源单元结构 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113203484B CN113203484B CN202110490618.0A CN202110490618A CN113203484B CN 113203484 B CN113203484 B CN 113203484B CN 202110490618 A CN202110490618 A CN 202110490618A CN 113203484 B CN113203484 B CN 113203484B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- square
- calibration source
- wave
- curved surface
- cone
- 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
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 title claims abstract description 61
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title claims abstract description 61
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 12
- 230000005855 radiation Effects 0.000 abstract description 10
- 238000005457 optimization Methods 0.000 abstract description 8
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 10
- RKTYLMNFRDHKIL-UHFFFAOYSA-N copper;5,10,15,20-tetraphenylporphyrin-22,24-diide Chemical compound [Cu+2].C1=CC(C(=C2C=CC([N-]2)=C(C=2C=CC=CC=2)C=2C=CC(N=2)=C(C=2C=CC=CC=2)C2=CC=C3[N-]2)C=2C=CC=CC=2)=NC1=C3C1=CC=CC=C1 RKTYLMNFRDHKIL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 5
- NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N sodium silicate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-][Si]([O-])=O NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 2
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 2
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
- G01J5/52—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using comparison with reference sources, e.g. disappearing-filament pyrometer
- G01J5/53—Reference sources, e.g. standard lamps; Black bodies
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
- G01J5/02—Constructional details
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Radiation Pyrometers (AREA)
Abstract
本发明公开一种新的涂敷方锥型微波辐射计定标源单元设计，包括定标源座和设置于定标源座上的方锥单元，方锥单元包括若干曲面四方锥；曲面四方锥外侧面涂覆有吸波涂层；吸波涂层为正四棱方锥结构，曲面四方锥和吸波涂层的轴线重合；任意两个相邻曲面四方锥底部固定连接。本发明同时实现了高发射率，特别是宽带高发射率和低温度梯度的优化，进而实现更高更精准的亮温辐射能力。
Description
技术领域
本发明涉及信号探测技术领域，特别是涉及一种涂敷方锥型微波辐射计定标源单元结构。
背景技术
微波黑体定标源的功能在于为微波辐射计的提供标准参考亮温，其核心技术指标包括电磁和温度两个方面。为了实现其功能要求，微波黑体定标源需要实现很高的发射率(e>0.999)和很小的表面温度梯度，其中高发射率也意味着极低的反射率(r＝1-e<0.001)。同时，微波黑体定标源作为辐射计载荷的一部分，在航空航天应用中常被要求做到紧凑微小尺寸，因此，微波黑体定标源的典型结构形式是涂敷周期方锥阵列，如附图3所示，现有设计的方锥为正四棱方锥，外边均匀涂覆有厚度为t现的吸波涂层，过方锥的轴线以及一相对侧面的斜高线的截面的吸波涂层的轮廓的顶部的尖角为α，其中，涂敷的吸波涂层为吸收电磁波的材料，其特点是高电磁吸收但导热性不佳，金属的方锥没有电磁吸收性能但是其导热性好。换言之，其表面涂层的作用是提供高发射率性能，金属的方锥的作用是提供低温度梯度性能。但是，现有设计也存在以下的缺点：
1、现有的微波黑体定标源设计和优化研究，主要针对其电性能，即如何实现宽带高发射率/低反射率，讨论涂敷参数、形式、单元尺寸、锥尖角等，并未综合地从更高辐射亮温性能的角度优化；
2、对于涂敷锥体阵列型黑体定标源而言，存在方锥单元锥尖处温度梯度大，从而降低整体辐射亮温的问题。
本发明的价值在于提出一种新型的单元设计，同时实现高发射率，特别是宽带高发射率和低温度梯度的优化，进而实现更高更精准的亮温辐射能力。
发明内容
本发明的目的是提供一种涂敷方锥型微波辐射计定标源单元结构，以解决上述现有技术存在的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种涂敷方锥型微波辐射计定标源单元结构，包括定标源座和设置于所述定标源座上的方锥单元，所述方锥单元包括若干曲面四方锥；所述曲面四方锥外侧面涂覆有吸波涂层；所述吸波涂层为正四棱方锥结构，所述曲面四方锥和所述吸波涂层的轴线重合；任意两个相邻所述曲面四方锥底部固定连接。
优选的，所述曲面四方锥主视投影轮廓分为三部分，分别为两根腰线和底线；两根所述腰线关于所述曲面四方锥轴线对称设置；两根所述腰线一端点相连接；两根所述腰线另一端点分别与所述底线两端点相连接。
优选的，所述吸波涂层的主视投影的轮廓为两关于所述吸波涂层的轴线对称的直腰线；两所述直腰线一端点相连接；两所述直腰线的夹角为β，所述曲面四方锥的顶点与所述吸波涂层顶点的直线距离L＝t/sin(β*0.5)；其中t为现有设计的涂层厚度。
优选的，所述腰线分为抛物线A段和抛物线B段；所述抛物线A段中点相对于所述抛物线A段两端点的连线上的点远离所述曲面四方锥的轴线；所述抛物线B段中点相对于所述抛物线B段两端点的连线上的点靠近所述曲面四方锥的轴线。
优选的，所述抛物线A段的计算公式为
其中，p为所述曲面四方锥的底面边长，其余a，a1，b，b1，c1为中间变量，可由下面各式计算得到：
tt＝1/tan(0.5β)，tt1＝0.125·tt，w2＝p-2t
hn＝0.5p/tan(0.5β)+0.5t/sin(0.5β)
其中，t为等效涂敷厚度，hn即所述底线中点与所述吸波涂层顶点的连线长度。
优选的，所述抛物线B段的计算公式为
其中各参数p，a，b，z与权利要求5定义相同。
优选的，所述涂层厚度t为当所述腰线为直线时，预先设计的所述吸波涂层的厚度。
本发明公开了以下技术效果：
本发明是针对微波辐射计对宽带微波黑体定标源的应用需求，提出一种新的宽带高发射率，低温度梯度的单元设计。在与传统设计外形尺寸相同的条件下，可在10-300GHz的频带范围内实现0.999以上的发射率(-30dB以下低反射率)，避免高频段处传统设计中容易出现的反射率周期性抬升，并大幅降低锥尖处的温度梯度。相比传统均匀涂敷的涂敷锥体设计具备明显更高、更稳定的定向亮温辐射性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明主视投影的轮廓结构示意图。
图2为本发明侧视结构示意图。
图3为现有设计主视投影的轮廓结构示意图。
图4为改进前后黑体定标源的宽带反射率仿真结果对比图。
图5为改进前后黑体定标源的温度分布仿真结果对比图。
图6为改进前后黑体定标源的定向辐射亮温仿真结果对比图。
其中，方锥-1，腰线-11，抛物线A段-111，抛物线B段-112，底线-12，吸波涂层-2，直腰线-21。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明提供一种涂敷方锥型微波辐射计定标源单元结构，包括定标源座和设置于定标源座上的方锥单元，方锥单元包括若干曲面四方锥1；曲面四方锥1外侧面涂覆有吸波涂层2；吸波涂层2为正四棱方锥结构，曲面四方锥1和吸波涂层2的轴线重合；任意两个相邻曲面四方锥1底部固定连接。
进一步的优化方案，曲面四方锥1主视投影轮廓分为三部分，分别为两根腰线11和底线12；两根腰线11关于曲面四方锥1轴线对称设置；两根腰线11一端点相连接；两根腰线11另一端点分别与底线12两端点相连接。
进一步的优化方案，吸波涂层2的主视投影的轮廓为两关于吸波涂层2的轴线对称的直腰线21；两直腰线21一端点相连接；两直腰线21的夹角为β，曲面四方锥1的顶点与吸波涂层2顶点的直线距离L＝t/sin(β*0.5)；其中t为现有设计的涂层厚度。
进一步的优化方案，腰线11分为抛物线A段111和抛物线B段112；抛物线A段111中点相对于抛物线A段111两端点的连线上的点远离曲面四方锥1的轴线；抛物线B段112中点相对于所述抛物线B段112两端点的连线上的点靠近曲面四方锥1的轴线。
进一步的优化方案，抛物线A段111的计算公式为
其中，p为曲面四方锥1的底面边长，其余a，a1，b，b1，c1为中间变量，可由下面各式计算得到：
tt＝1/tan(0.5β)，tt1＝0.125·tt，w2＝p-2t
hn＝0.5p/tan(0.5β)+0.5t/sin(0.5β)
其中，t为等效涂敷厚度，hn即底线12中点与吸波涂层2顶点的连线长度。
进一步的优化方案，抛物线B段112的计算公式为
其中各参数p，a，b，z与权利要求5定义相同。
进一步的优化方案，涂层厚度t为当腰线11为直线时，预先设计的吸波涂层2的厚度。
在本发明的实施例1中，抛物线A段111和抛物线B段112的计算公式中其坐标方向为按照图1所示的底边12为X轴，以方锥1的轴线为Z轴。
在本发明的实施例2中，在本发明中，抛物线A段111和抛物线B段112的计算公式中所利用到的涂层厚度t是与t现相同的，α与β的角度也是相同的,现有设计的方锥底面边长与本发明的曲面四方锥1底面边长相同，即本发明相比现有设计外形尺寸完全相同。
在本发明的实施例3中，方锥底面的边长为7.5mm，锥尖角β为16.26度(对应外形高宽比3.5：1)，预设涂敷厚度t＝1mm。附图4中给出了新旧设计的反射率仿真结果，其采用的是全波数值电磁场仿真算法(时域有限差分FDTD)计算方法；图5中给出了新旧设计在典型温度环境下的涂层内平均温度分布结果，图6中给出了整体的定向辐射亮温仿真结果，采用结合电磁场和温度场结果的计算方法，原理如下式计算公式。
其中，BT即为在频率f处考察的定向辐射亮温，r即为在平面波正入射条件下计算得到的积分反射率(FDTD)，
是在频率f处，高度z处涂层内部的归一化平均吸收率，
是在高度z处涂层内部的平均温度，Tb表示周围的环境温度。注意，其中温度的单位为K(开尔文)。
从结果中可见：新设计消除了均匀图层中的法帕效应，使阵列型方锥黑体的反射率曲线更平稳；此外尖端处的薄涂层使得尖端处的热梯度显著减小。总体而言，这个新设计不仅具有稳定的宽带低反射特性，还大大减小了尖端处的温度梯度，导致了比原来的均匀涂层设计更少和更稳定的定向辐射亮温偏差，是对实际辐射计定标系统非常好的样例参考设计。
本发明公开了以下技术效果：
本发明是针对微波辐射计对宽带微波黑体定标源的应用需求，提出一种新的宽带高发射率，低温度梯度的单元设计。在与传统设计外形尺寸相同的条件下，可在10-300GHz的频带范围内实现0.999以上的发射率(-30dB以下低反射率)，避免高频段处传统设计中容易出现的反射率周期性抬升，并大幅降低锥尖处的温度梯度。相比传统均匀涂敷的涂敷锥体设计具备明显更高、更稳定的定向亮温辐射性能。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (7)
1.一种涂敷方锥型微波辐射计定标源单元结构，包括定标源座和设置于所述定标源座上的方锥单元，其特征在于：所述方锥单元包括若干曲面四方锥(1)；所述曲面四方锥(1)外侧面涂覆有吸波涂层(2)；所述吸波涂层(2)为正四棱方锥结构，所述曲面四方锥(1)和所述吸波涂层(2)的轴线重合；任意两个相邻所述曲面四方锥(1)底部固定连接。
2.根据权利要求1所述的一种涂敷方锥型微波辐射计定标源单元结构，其特征在于：所述曲面四方锥(1)主视投影轮廓分为三部分，分别为两根腰线(11)和底线(12)；两根所述腰线(11)关于所述曲面四方锥(1)轴线对称设置；两根所述腰线(11)一端点相连接；两根所述腰线(11)另一端点分别与所述底线(12)两端点相连接。
3.根据权利要求2所述的一种涂敷方锥型微波辐射计定标源单元结构，其特征在于：所述吸波涂层(2)的主视投影的轮廓为两关于所述吸波涂层(2)的轴线对称的直腰线(21)；两所述直腰线(21)一端点相连接；两所述直腰线(21)的夹角为β，所述曲面四方锥(1)的顶点与所述吸波涂层(2)顶点的直线距离L＝t/sin(β*0.5)；其中t为现有设计的涂层厚度。
4.根据权利要求3所述的一种涂敷方锥型微波辐射计定标源单元结构，其特征在于：所述腰线(11)分为抛物线A段(111)和抛物线B段(112)；所述抛物线A段(111)中点相对于所述抛物线A段(111)两端点的连线上的点远离所述曲面四方锥(1)的轴线；所述抛物线B段(112)中点相对于所述抛物线B段(112)两端点的连线上的点靠近所述曲面四方锥(1)的轴线。
5.根据权利要求4所述的一种涂敷方锥型微波辐射计定标源单元结构，其特征在于：所述抛物线A段(111)的计算公式为
其中，p为所述曲面四方锥(1)的底面边长，其余a，a1，b，b1，c1为中间变量，可由下面各式计算得到：
tt＝1/tan(0.5β)，tt1＝0.125·tt，w2＝p-2t
hn＝0.5p/tan(0.5β)+0.5t/sin(0.5β)
其中，t为等效涂敷厚度，hn即所述底线(12)中点与所述吸波涂层(2)顶点的连线长度。
6.根据权利要求5所述的一种涂敷方锥型微波辐射计定标源单元结构，其特征在于：所述抛物线B段(112)的计算公式为
其中各参数p，a，b，z与权利要求5定义相同。
7.根据权利要求3所述的一种涂敷方锥型微波辐射计定标源单元结构，其特征在于：所述涂层厚度t为当所述腰线(11)为直线时，预先设计的所述吸波涂层(2)的厚度。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110490618.0A CN113203484B (zh) | 2021-05-06 | 2021-05-06 | 一种涂敷方锥型微波辐射计定标源单元结构 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110490618.0A CN113203484B (zh) | 2021-05-06 | 2021-05-06 | 一种涂敷方锥型微波辐射计定标源单元结构 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113203484A CN113203484A (zh) | 2021-08-03 |
| CN113203484B true CN113203484B (zh) | 2022-05-03 |
Family
ID=77029020
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110490618.0A Active CN113203484B (zh) | 2021-05-06 | 2021-05-06 | 一种涂敷方锥型微波辐射计定标源单元结构 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113203484B (zh) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113739936B (zh) * | 2021-09-27 | 2022-08-02 | 山东大学 | 一种具有空腔的高发射率微波黑体源及定标测试方法 |
| CN114544697A (zh) * | 2022-02-08 | 2022-05-27 | 北京卫星环境工程研究所 | 一种用于真空热试验的散热装置及其强化散热方法 |
| CN117268561B (zh) * | 2023-11-20 | 2024-02-09 | 电子科技大学 | 一种低反射率非均匀吸波涂层的空心尖锥黑体定标源 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4164718A (en) * | 1976-07-09 | 1979-08-14 | California Institute Of Technology | Electromagnetic power absorber |
| CN102809737A (zh) * | 2012-08-02 | 2012-12-05 | 中国航天科工集团第二研究院二〇三所 | 一种微波辐射计定标源微波窗 |
| CN103457035B (zh) * | 2013-09-17 | 2016-05-18 | 南京波平电子科技有限公司 | 双弧形曲面微波吸波材料 |
| CN103616079A (zh) * | 2013-12-19 | 2014-03-05 | 北京无线电计量测试研究所 | 一种高精度变温微波黑体定标源的综合设计方法 |
| CN105910714B (zh) * | 2016-04-13 | 2018-12-18 | 中国计量科学研究院 | 一种高发射率面源黑体辐射源及其制作方法 |
| CN109556725A (zh) * | 2017-09-25 | 2019-04-02 | 北京振兴计量测试研究所 | 真空面源辐射板及具有其的面源黑体辐射源装置 |
| CN212432358U (zh) * | 2020-11-26 | 2021-01-29 | 北京爱尔达电子设备有限公司 | 用于微波辐射计的黑体定标源和微波辐射计 |
-
2021
- 2021-05-06 CN CN202110490618.0A patent/CN113203484B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113203484A (zh) | 2021-08-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN113203484B (zh) | 一种涂敷方锥型微波辐射计定标源单元结构 | |
| US20210313674A1 (en) | Metamaterials, Radomes Including Metamaterials, and Methods | |
| CN104466415B (zh) | 透镜加载的高增益超宽带波纹双脊喇叭天线 | |
| Chen et al. | A broadband artificial material for gain enhancement of antipodal tapered slot antenna | |
| US7403152B2 (en) | Method and arrangement for reducing the radar cross section of integrated antennas | |
| Yurchenko et al. | Numerical optimization of a cylindrical reflector-in-radome antenna system | |
| CN108279451A (zh) | 一种红外波段极化不敏感的宽带超材料吸波器 | |
| Burks et al. | A high-frequency analysis of radome-induced radar pointing error | |
| He et al. | Design of a two-dimensional “T” shaped metamaterial with wideband, low loss | |
| Li et al. | A frequency-controlled wide-angle scanning antenna based on spoof surface plasmon polariton | |
| Cockrell et al. | Diffraction theory techniques applied to aperture antennas on finite circular and square ground planes | |
| Bliek et al. | Inductive grids in the region of diffraction anomalies: theory, experiment, and applications | |
| Dragone et al. | The radiation pattern and impedance of offset and symmetrical near-field Cassegrainian and Gregorian antennas | |
| CN110661069B (zh) | 一种等离子体波导结构以及漏波天线 | |
| Hu et al. | Design, uncertainty analysis, and measurement of a silicon-based platelet THz corrugated horn | |
| Peters et al. | Approximations for dielectric or plasma scatterers | |
| Cory et al. | Use of conjugate dielectric and metamaterial slabs as radomes | |
| Sadiq et al. | Equal Beamwidth and Low Sidelobe mm-Wave Horn Antenna | |
| Li et al. | Analysis for scattering of non-homogeneous medium by time domain volume shooting and bouncing rays | |
| WO2017004841A1 (zh) | 一种导电薄膜的应用以及使用该导电薄膜的天线罩 | |
| Liu et al. | A high-gain and low-scattering waveguide slot antenna of artificial magnetic conductor octagonal ring arrangement | |
| CN108808249B (zh) | 基于超表面的凸面共形卡塞格伦天线 | |
| CN117268561B (zh) | 一种低反射率非均匀吸波涂层的空心尖锥黑体定标源 | |
| KR20220079250A (ko) | 근거리장 측정을 위한 도파관 | |
| Fang et al. | A broadband radar cross section reduction metasurface based on polarization conversion and scattering cancellation |
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 |