CN113340417B - 一种毫米波波束功率密度分布测量装置及测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种一种毫米波波束功率密度分布测量装置，包括定位机构，其包括导轨、测试屏和具有内框的框架，所述框架与导轨滑动连接，框架上设置定标孔，测试屏设置于内框上；波源，其位于导轨前方，用于发射通过测试屏中心的毫米波束；红外成像装置，其位于框架后方，用于红外成像；热源，红外成像装置通过热源记录定标孔的位置；数据处理系统，其与红外成像装置连接，对红外成像装置得到的数据进行处理，获得毫米波束在测试屏位置处的功率密度分布。采用本发明的一种毫米波波束功率密度分布测量装置及测量方法，测试速度快，操作简单，通过定标点方式实现功率密度分布的位置校正。
Description
技术领域
本发明涉及一种毫米波波束功率密度分布测量装置及测量方法，属于波束功率密度分布测量技术领域。
背景技术
大功率毫米波系统对毫米波能量利用效率要求高，需要对毫米波源输出波束进行分布测试，从而对毫米波源输出波束质量进行评价，并设计相应的波束转换匹配单元来进行毫米波能量的高效传输和利用。
现有的测试装置结构复杂，使用不方便，因此需要设计一种毫米波波束功率密度分布测量装置，解决大功率毫米波源的输出波束功率密度分布测试的难题。
发明内容
本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种毫米波波束功率密度分布测量装置及测量方法，本发明测试速度快，操作简单，通过定标点方式实现功率密度分布的位置校正。
本发明采用的技术方案如下：
一种毫米波波束功率密度分布测量装置，包括定位机构，其包括导轨、测试屏和具有内框的框架，所述框架与导轨滑动连接，框架上设置定标孔，测试屏设置于内框上；
波源，其位于导轨前方，用于发射通过测试屏中心的毫米波束；
红外成像装置，其位于框架后方，用于红外成像；
热源，其位于定标孔对应处，红外成像装置通过热源记录定标孔的位置；
数据处理系统，其与红外成像装置连接，对红外成像装置得到的数据进行处理，获得毫米波束在测试屏位置处的功率密度分布。
在本发明中，在测试波束功率密度分布时，首先调整导轨和波源的位置使测试屏位于导轨任意位置时毫米波束都能基本通过测试屏中心位置，然后将热源放置于框架后使用红外成像装置记录定标孔的位置，在撤下热源安装测试屏打开波源使用红外成像装置记录测试屏的温度变化，最后通过数据处理系统进行处理得到该位置的波束功率密度分布；据此可以对毫米波源的输出波束质量进行评价，并获得波束的幅度和相位分布，通过设计相应的转换匹配单元，实现毫米波能量的高效传输和利用，可以广泛应用于大功率毫米波系统设计。在需要其他位置的功率密度分布时，可以根据波束幅度和相位分布计算获得。
在本发明中，框架设置标定孔，用以透过其后的热源发出的红外线，可以在偏离测试屏中心法线进行红外成像时仍在测试屏位置形成精确的位置定标点；通过标定孔实现功率密度分布位置校正，无需固定测试屏与红外成像装置的相对位置，可以灵活布局测试环境。
数据处理系统进行数据处理时的算法：按照温升情况，在绝热近似范围内，取波束照射的最大温升帧温度分布数据，减去照射前温度分布，得到温升分布；然后根据定标点位置信息将温度分布进行几何校正，剪裁掉边沿得到沿测试屏法线方向观测的温度差分布，波束能量未超出测试屏范围时，将各测试位置的温度差分布归一化，即得到波束在各测试位置的功率密度分布。
作为优选，所述框架通过滑台与导轨滑动连接，使框架与导轨之间具有防扰间距。
作为优选，所述框架通过连接板与滑台连接，能贴近波源，避免滑台与波源位置干涉带来的不便。
在上述方案中，通过设置防扰间距使测试屏远离导轨、滑台等部件，避免距离过近会影响测试结果。
作为优选，所述框架包括面向波源的第一夹板及背离波源的第二夹板，测试屏设置于第一夹板、第二夹板之间；
作为优选，所述第一夹板与第二夹板可拆卸，方便热源定位和安装测试屏。
作为优选，所述第一夹板具有靠近内框的第一反射面及远离内框的第二反射面，第一反射面和第二反射面形成面向波源的凸起；所述第二夹板设置与第一反射面相对的凹槽。
作为优选，所述第一反射面与竖直面的夹角为25-30°，第二反射面与竖直面的夹角为15-20°。
在上述方案中，通过设置第一反射面、第二反射面能够防止反射、折射波束达到测试屏影响测试结果。
作为优选，所述框架为非金属材质。
在上述方案中，采用非金属材质避免金属材质对波束的影响。
作为优选，所述定标孔为锥形孔，位于包括但不限于框架的四角。
在上述方案中，设置锥形孔使得红外成像装置位于不同的位置均能记录在标定孔的位置。
作为优选，所述测试屏的厚度为0.01-0.1mm。
作为优选，所述测试屏为PVC、纸、热敏纸。
作为优选，所述测试屏为热敏纸
作为优选，所述测试屏与导轨垂直。
在上述方案中，测试屏安装在导轨上，方便实现轴线上不同位置的移动，且测试屏均垂直于波束传播方向，当有波束传播方向与波束输出法兰的相对位置需求时，直线导轨上设置基准即可通过简单测量得到结果。
作为优选，所述测试屏可拆卸设置于框架上。
作为优选，所述红外成像装置位于框架的侧后方。
在上述方案中，避免在正后方时波源对红外成像装置的影响。
作为优选，所述热源为PTC发热元件。
作为优选，所述导轨下设置高度可调的支腿。
一种毫米波波束功率密度分布测量方法，使用上述测量装置，包括以下步骤：
步骤a:调整导轨位置，使测试屏位于导轨任意位置时波源发射的毫米波束都能通过测试屏中心位置，记录导轨与波源的相对位置；
步骤b:架设热源，利用红外成像装置记录定标孔的位置；
步骤c:撤下热源安装测试屏，打开波源发出毫米波束，使用红外成像装置记录测试屏温度变化情况；
步骤d:进行数据处理，以近似绝热过程中的温度升高代表毫米波束的功率密度分布，然后采用定标位置对功率密度分布进行位置校正，获得毫米波束在测试屏位置处的功率密度分布；
步骤e:重复步骤b-d，测试不同测试屏位置的毫米波束功率密度分布。
作为优选，步骤d中，按照温升情况，在绝热近似范围内，取波束照射的最大温升帧温度分布数据，减去照射前温度分布，得到温升分布；然后根据定标点位置信息将温度分布进行几何校正，剪裁掉边沿得到沿测试屏法线方向观测的温度差分布，将各测试位置的温度差分布归一化，即得到波束在各测试位置的功率密度分布。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、对于功率密度超过直接扫描测试范围的大功率毫米波束，可以进行测试，并具有更高的空间分辨率；
2、测试速度快，远超直接扫描测试；
3、通过定标点方式实现功率密度分布的位置校正，无需固定测试屏与红外成像装置的相对位置，操作简单，对场地要求不高。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1是测量装置的示意图；
图2是测量装置的另一示意图；
图3是框架和滑台示意图；
图4是框架示意图；
图5是框架截面示意图；
图6是框架热源与框架示意图；
图7是测量示意图。
图中标记：1-导轨、2-框架、2a-定标孔、21-第一夹板、211-第一反射面、212-第二反射面、21a-凸起、22-第二夹板、22a-凹槽、3-波源、4-红外成像装置、5-热源、6-滑台、61-连接板、7-测试屏、。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
实施例1
如图1-3所示，本实施例的一种毫米波波束功率密度分布测量装置，包括导轨，导轨上设置与其滑动连接具有内框的框架，从而方便调整测试位置；测试屏设置于内框，框架上设置定标孔；
波源位于导轨前方，用于发射通过测试屏中心的毫米波束；
红外成像装置位于框架后方，用于对测试屏进行红外成像；
热源位于定标孔对应处，红外成像装置通过热源记录定标孔的位置；
数据处理系统与红外成像装置连接，对红外成像装置得到的数据进行处理，获得毫米波束在测试屏位置处的功率密度分布。
在本实施例中，通过标定孔实现功率密度分布位置校正，无需固定测试屏与红外成像装置的相对位置，可以灵活布局测试环境。
作为上述实施例的可选方式，在其他实施例中，如图3所示，框架通过滑台与导轨滑动连接，使框架与导轨之间具有防扰间距；框架通过连接板与滑台连接，使框架与滑台之间具有水平方向的防扰间距。通过设置防扰间距使测试屏远离导轨、滑台等部件，从而降低这些部件对测试屏的干扰影响测试结果。
作为上述实施例的可选方式，在其他实施例中，如图5所示，框架包括可拆卸面向波源的第一夹板及背离波源的第二夹板，测试屏设置于第一夹板、第二夹板之间，定标孔位于第二夹板上；第一夹板具有靠近内框的第一反射面及远离内框的第二反射面，第一反射面和第二反射面形成面向波源的凸起；第二夹板设置与第一反射面相对的凹槽。如图6所示，记录定标孔时，去掉第一夹板和测试屏，将热源放置于第一夹板的位置，且热源不与第二夹板接触。
作为上述实施例的可选方式，在其他实施例中，第一反射面与竖直面的夹角α为25-30°，第二反射面与竖直面的夹角β为15-20°，通过设置第一反射面、第二反射面能够防止反射、折射波束达到测试屏影响测试结果；当然，在其他实施例中，夹角α可以是25-30°的其他数值，夹角β可以是15-20°的其他数值。
作为上述实施例的可选方式，在其他实施例中，框架为非金属材质，避免金属材质对波束的影响。
作为上述实施例的可选方式，在其他实施例中，定标孔为锥形孔，位于框架的四角，锥形孔使得红外成像装置位于不同的位置均能记录在标定孔的位置。
作为上述实施例的可选方式，在其他实施例中，测试屏的厚度为0.01-0.1mm。
作为上述实施例的可选方式，在其他实施例中，测试屏为PVC、纸或热敏纸。
作为上述实施例的可选方式，在其他实施例中，测试屏为热敏纸
作为上述实施例的可选方式，在其他实施例中，测试屏与导轨垂直，测试屏安装在导轨上，方便实现轴线上不同位置的移动，且测试屏均垂直于波束传播方向，当有波束传播方向与波束输出法兰的相对位置需求时，直线导轨上设置基准即可通过简单测量得到结果。
作为上述实施例的可选方式，在其他实施例中，测试屏可拆卸设置于框架上。
作为上述实施例的可选方式，在其他实施例中，红外成像装置位于框架的侧后方，避免在正后方时波源对红外成像装置的影响。
作为上述实施例的可选方式，在其他实施例中，热源为PTC发热元件。
作为上述实施例的可选方式，在其他实施例中，导轨下设置高度可调的支腿。
一种毫米波波束功率密度分布测量方法，使用上述测量装置，包括以下步骤：
步骤a:调整导轨位置，使测试屏位于导轨任意位置时波源发射的毫米波束都能通过测试屏中心位置，记录导轨与波源的相对位置；
步骤b:架设热源，利用红外成像装置记录定标孔的位置；
步骤c:撤下热源安装测试屏，打开波源发出毫米波束，使用红外成像装置记录测试屏温度变化情况；
步骤d:进行数据处理，以近似绝热过程中的温度升高代表毫米波束的功率密度分布，然后采用定标位置对功率密度分布进行位置校正，获得毫米波束在测试屏位置处的功率密度分布；
步骤e:重复步骤b-d，测试不同测试屏位置的毫米波束功率密度分布。
按照温升情况，在绝热近似范围内，取波束照射的最大温升帧温度分布数据，减去照射前温度分布，得到温升分布；然后根据定标点位置信息将温度分布进行几何校正，剪裁掉边沿得到沿测试屏法线方向观测的温度差分布，将各测试位置的温度差分布归一化，即得到波束在各测试位置的功率密度分布。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
Claims (9)
1.一种毫米波波束功率密度分布测量装置，其特征在于：包括定位机构，其包括导轨、测试屏和具有内框的框架，所述框架与导轨滑动连接，框架上设置定标孔，测试屏设置于内框上；
波源，其位于导轨前方，用于发射通过测试屏中心的毫米波束；
红外成像装置，其位于框架后方，用于红外成像；
热源，其位于定标孔对应处，红外成像装置通过热源记录定标孔的位置，所述定标孔为锥形孔，位于包括但不限于框架的四角；
数据处理系统，其与红外成像装置连接，对红外成像装置得到的数据进行处理，获得毫米波束在测试屏位置处的功率密度分布。
2. 如权利要求 1 所述的毫米波波束功率密度分布测量装置，其特征在于：所述框架通过滑台与导轨滑动连接，使框架与导轨之间具有防扰间距。
3. 如权利要求 2 所述的毫米波波束功率密度分布测量装置，其特征在于：所述框架通过连接板与滑台连接，可以避免滑台与波源可能的位置干涉，使测试屏能贴近波源。
4. 如权利要求 1 所述的毫米波波束功率密度分布测量装置，其特征在于：所述框架包括面向波源的第一夹板及背离波源的第二夹板，测试屏设置于第一夹板、第二夹板之间。
5. 如权利要求 4 所述的毫米波波束功率密度分布测量装置，其特征在于：所述第一夹板具有靠近内框的第一反射面及远离内框的第二反射面，第一反射面和第二反射面形成面向波源的凸起；所述第二夹板设置与第一反射面相对的凹槽。
6. 如权利要求 5 所述的毫米波波束功率密度分布测量装置，其特征在于：所述第一反射面与竖直面的夹角为25-30°，第二反射面与竖直面的夹角为15-20°。
7. 如权利要求 1 所述的毫米波波束功率密度分布测量装置，其特征在于：所述框架为非金属材质。
8. 如权利要求 1 所述的毫米波波束功率密度分布测量装置，其特征在于：所述红外成像装置位于框架的侧后方。
9.一种毫米波波束功率密度分布测量方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤 a:调整导轨位置，使测试屏位于导轨任意位置时波源发射的毫米波束都能通过测试屏中心位置，记录导轨与波源的相对位置；
步骤 b:架设热源，利用红外成像装置记录定标孔的位置；
步骤 c:撤下热源安装测试屏，打开波源发出毫米波束，使用红外成像装置记录测试屏温度变化情况；
步骤 d:进行数据处理，以近似绝热过程中的温度升高代表毫米波束的功率密度分布，然后采用定标位置对功率密度分布进行位置校正，获得毫米波束在测试屏位置处的功率密度分布；
步骤 e:重复步骤 b-d，测试不同测试屏位置的毫米波束功率密度分布。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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