CN113739936B

CN113739936B - 一种具有空腔的高发射率微波黑体源及定标测试方法

Info

Publication number: CN113739936B
Application number: CN202111136056.6A
Authority: CN
Inventors: 严发宝; 邹涛; 申玉鹏; 尚自乾; 陈耀; 苏艳蕊; 武昭; 路光
Original assignee: Shandong University
Current assignee: Shandong University
Priority date: 2021-09-27
Filing date: 2021-09-27
Publication date: 2022-08-02
Anticipated expiration: 2041-09-27
Also published as: CN113739936A

Abstract

本发明提供了一种具有空腔的高发射率微波黑体源及定标测试方法。该具有空腔的高发射率微波黑体源，包括：空腔、第一定标盒、第二定标盒、第三定标盒、第四定标盒以及第五定标盒，所述第二定标盒的开口、第三定标盒的开口、第四定标盒的开口以及第五定标盒的开口均朝向所述空腔，所述第一定标盒、第二定标盒、第三定标盒、第四定标盒以及第五定标盒内均设有若干角锥；在进行定标测试时，微波黑体源辐射的亮温度信号，到达空腔内设置的天线馈源，所述天线馈源根据不同的亮温信号得到不同的输出值，基于不同的输出值测定定标系数，进行定标。

Description

一种具有空腔的高发射率微波黑体源及定标测试方法

技术领域

本发明属于定标源领域，具体涉及一种具有空腔的高发射率微波黑体源及定标测试方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

太阳射电爆发会诱发空间灾害性天气，恶劣的空间天气会对航空设施以及地基观测系统等带来危害，影响设备仪器的正常运行。为了研究太阳活动的规律，探索射电爆发的机理，全球范围内建立了多个多频段的太阳射电观测系统，以达到对太阳长时间、多频段、高精度的观测。因此对黑体辐射源进行研究进而对太阳辐射流量进行定标具有重大意义。

任何物体都会产生热辐射，黑体就是研究热辐射的一种标准物体，其辐射特性仅仅与其物理温度T有关，与材质无关，而自然界中不存在绝对的黑体，我们用发射率e来衡量一个物体是否接近理想的黑体，当物体发射率接近1时，我们认为该物体能够产生一个只与自身物理温度相关的标准微波亮温。然而现存的黑体定标源多以金属锥体作为基体，且需要进行吸波材料的涂覆，制作较为困难，因此本实施例提出了一种以泡沫角锥为基体制作高发射率黑体的新方法。

申请号为“CN201310706534.1”的中国专利提出了一种高精度变温微波黑体定标源的综合设计方法，对微波黑体定标源电磁学特性和热力学特性联合进行优化设计；申请号为“CN202110490618.0”的中国专利提出了一种新的涂敷方锥型微波辐射计定标源单元设计。可见，现有的微波黑体定标源多以金属锥体作为基体，在微波波段一个黑体的制作往往需要大量的金属锥体作为基体，且每个金属基体需都要进行吸波材料的涂覆，而涂覆厚度往往是毫米级别的，且要求厚度均匀，控制吸波材料涂覆厚度具有较大的难度，制作模具以及进行涂覆都需要花费大量的人力以及财力，且需要全部基体制作成型后方可进行实验，若发射率达不到要求需要重新制作，成本较高。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种具有空腔的高发射率微波黑体源及定标测试方法，该黑体源要求简单可造，同时可以根据不同频段替换不同的吸波角锥，以达到多频段太阳辐射流量定标的效果。

根据一些实施例，本发明采用如下技术方案：

第一个方面，本发明提供了一种具有空腔的高发射率微波黑体源。

一种具有空腔的高发射率微波黑体源，包括：空腔、第一定标盒、第二定标盒、第三定标盒、第四定标盒以及第五定标盒，所述第二定标盒的开口、第三定标盒的开口、第四定标盒的开口以及第五定标盒的开口均朝向所述空腔，所述第一定标盒、第二定标盒、第三定标盒、第四定标盒以及第五定标盒内均设有若干角锥；

在进行定标测试时，微波黑体源辐射的亮温度信号，到达空腔内设置的天线馈源，所述天线馈源根据不同的亮温信号得到不同的输出值，基于不同的输出值测定定标系数，进行定标。

进一步地，所述第一定标盒开口处设有四个固定板。

进一步地，所述第二定标盒、第三定标盒、第四定标盒以及第五定标盒均与所述固定板活动连接。

进一步地，所述第二定标盒、第三定标盒、第四定标盒以及第五定标盒与第一定标盒均通过焊接连接。

进一步地，所述第一定标盒为空心的长方体。

进一步地，所述第二定标盒、第三定标盒、第四定标盒以及第五定标盒的形状相同，均为空心的正方体。

进一步地，所述第二定标盒、第三定标盒、第四定标盒以及第五定标盒的形状不同。

进一步地，所述角锥的锥尖朝向所述空腔。

进一步地，所述角锥为泡沫角锥。

第二个方面，本发明提供了一种定标测试方法。

一种定标测试方法，在进行定标测试时，采用第一个方面所述的具有空腔的高发射率微波黑体源的空腔对准天线馈源，微波黑体源辐射的亮温度信号，到达空腔内设置的天线馈源，所述天线馈源根据不同的亮温信号得到不同的输出值，基于不同的输出值测定定标系数，进行定标。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明设计了具有一个空腔的十字型的微波黑体源，相比单个泡沫锥体定标源在该频段平均能够有效减小4dB的反射率，因此可以有效地减小环境辐射亮温的影响，提高黑体辐射源的发射率。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明实施例一示出的具有空腔的高发射率微波黑体源结构的主视图；

图2是本发明实施例一示出的具有空腔的高发射率微波黑体源结构的俯视图；

图3是本发明实施例一示出的第一定标盒上铝板的设置图；

图4是本发明实施例一示出的不同角锥吸波材料的标定测试效果图；

图5是本发明实施例一示出的采用具有空腔的高发射率微波黑体源的标定测试效果图；

其中，1、第一定标盒，2、第二定标盒，3、第三定标盒，4、第四定标盒，5、第五定标盒，6、角锥，7、铝板。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本发明中，术语如“上”、“水平”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，只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。

本发明中，术语如“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。

实施例一，本实施例提供了一种具有空腔的高发射率微波黑体源。

一种具有空腔的高发射率微波黑体源，包括：空腔、第一定标盒1、第二定标盒2、第三定标盒3、第四定标盒4以及第五定标盒5，所述第二定标盒2的开口、第三定标盒3的开口、第四定标盒4的开口以及第五定标盒5的开口均朝向所述空腔，所述第一定标盒1、第二定标盒2、第三定标盒3、第四定标盒4以及第五定标盒5内均设有若干角锥6；在进行定标测试时，微波黑体源辐射的亮温度信号，到达空腔内设置的天线馈源，所述天线馈源根据不同的亮温信号得到不同的输出值，基于不同的输出值测定定标系数，进行定标。

在35-40GHz多个频点能达到-40dB，黑体发射率能达到99.99％，可以认为是个理想的定标源，可以在该频率范围内进行定标。

同时考虑到定标时，周围会存在一定的环境是在辐射温度T_e，干扰正常定标，导致定标系数的不准确，因此需要设计一种方案来屏蔽周围其它辐射的影响，因此将黑体制作成一个具有一个空腔的十字型的定标源，定标源由一个60×30×30CM的开口长方体定标铝盒，在长方体30CM短边两侧、60CM长边正中间(距离左边15CM，右边15CM)放置用于固定四个正方体(30×30×30CM)定标铝盒的铝板7，四个定标盒通过螺丝螺母固定在铝板7上，每个正方体定标盒内放置30×30×30CM的泡沫角锥整体(由于泡沫的柔性较好，可以紧贴定标盒的四壁，不会存在与定标盒尺寸相同而无法放进盒内的现象)，每个泡沫角锥整体由3×3的10×10×30CM的单个泡沫角锥构成，角锥以高性能泡沫塑料为载体，为阻燃型，最高使用温度为80℃。如图1-3所示。

吸波材料固定在定标盒里，每个定标盒都是单独可拆卸的，便于安装以及替换吸波角锥(根据所需频段不同选择不同尺寸的吸波材料)，在进行定标测试时，需要将定标源对准天线馈源。采用单个泡沫角锥定标源进行定标时，环境辐射亮温会造成影响，且由于环境不稳定，辐射亮温无法消除，导致定标系数不准确，影响定标的结果，因此将黑体制作成一个具有一个空腔的十字型的定标源，空腔可直接包住馈源，经过测试，相比单个泡沫锥体定标源在该频段平均能够有效减小4dB的反射率，因此可以有效地减小环境辐射亮温的影响，用中间的空腔对准天线馈源进行测试。

本实施例能针对性的解决问题，黑体源具有较高的发射率且由泡沫角锥制成制作成本更低，且可以根据不同频段的需求选取不同的吸波泡沫角锥，且可以自由选择定标源的形状，将黑体制作成一个具有一个空腔的十字型的定标源，空腔可直接包住馈源，经过测试，相比单个泡沫锥体定标源在该频段平均能够有效减小4dB的反射率，因此可以有效地减小环境辐射亮温的影响，提高黑体辐射源的发射率。

实施例二，本实施例提供了一种定标测试方法。

一种定标测试方法，在进行定标测试时，采用实施例一所述的具有空腔的高发射率微波黑体源的空腔对准天线馈源，微波黑体源辐射的亮温度信号，到达空腔内设置的天线馈源，所述天线馈源根据不同的亮温信号得到不同的输出值，基于不同的输出值测定定标系数，进行定标。

为了确定系统所测数据与输入端辐射亮温之间的对应关系，必须对系统进行定标。常用的定标方法有：在接收机输入端口进行定标以及在天线口面定标。本实施例采用的是天线口面定标里采用黑体定标源的精确绝对定标方法。通过天线对准常温黑体定标源，不同室温下黑体定标源的辐射亮温不同，取两个不同的辐射亮温T₁和T₂，对应的系统输出读数为V₁和V₂，则可以得到定标方程以及系数a和b为：

T_A＝a+bV_A (1)

以上是定标的原理，当定标系数确定后，系统输出的数值就可以对应相应的辐射亮温。由此可见，黑体辐射源决定了定标系数的精确度。

本实施例采用一种以泡沫角锥为基体制作高发射率黑体的新方法。首先对多种吸波材料进行了测试筛选，吸波置于定标盒内，一个天线喇叭发射信号，另一个接收信号。

测试了5cm厚度平板吸波材料(一块是5cm)、10cm厚度平板吸波材料以及多种尺寸的角锥吸波材料，选取了一组尺寸大小较为适中且反射率较为合适的泡沫角锥(300×300×300mm)，测试效果如图4。

经过测试，相比单个泡沫锥体定标源在该频段平均能够有效减小4dB的反射率，因此可以有效地减小环境辐射亮温的影响，用中间的空腔对准天线馈源进行测试，测试结果如图5所示。

综上，可以看出整个黑体源的反射率在35-40GHz所需频段普遍在-30dB以下，设计成具有一个空腔的十字型的定标源比单个定标盒效果更好，反射率在多个频率显著下降，且多个频点能达到-40dB，满足高发射率的黑体辐射源需求。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种具有空腔的高发射率微波黑体源，其特征在于，包括：空腔、第一定标盒、第二定标盒、第三定标盒、第四定标盒以及第五定标盒，所述第二定标盒的开口、第三定标盒的开口、第四定标盒的开口以及第五定标盒的开口均朝向所述空腔，所述第一定标盒、第二定标盒、第三定标盒、第四定标盒以及第五定标盒内均设有若干角锥；

2.根据权利要求1所述的具有空腔的高发射率微波黑体源，其特征在于，所述第一定标盒开口处设有四个固定板。

3.根据权利要求2所述的具有空腔的高发射率微波黑体源，其特征在于，所述第二定标盒、第三定标盒、第四定标盒以及第五定标盒均与所述固定板活动连接。

4.根据权利要求1所述的具有空腔的高发射率微波黑体源，其特征在于，所述第二定标盒、第三定标盒、第四定标盒以及第五定标盒与第一定标盒均通过焊接连接。

5.根据权利要求1所述的具有空腔的高发射率微波黑体源，其特征在于，所述第一定标盒为空心的长方体。

6.根据权利要求1所述的具有空腔的高发射率微波黑体源，其特征在于，所述第二定标盒、第三定标盒、第四定标盒以及第五定标盒的形状相同，均为空心的正方体。

7.根据权利要求1所述的具有空腔的高发射率微波黑体源，其特征在于，所述第二定标盒、第三定标盒、第四定标盒以及第五定标盒的形状不同。

8.根据权利要求1所述的具有空腔的高发射率微波黑体源，其特征在于，所述角锥的锥尖朝向所述空腔。

9.根据权利要求1所述的具有空腔的高发射率微波黑体源，其特征在于，所述角锥为泡沫角锥。

10.一种定标测试方法，其特征在于，包括：

在进行定标测试时，采用权利要求1-9任一项所述的具有空腔的高发射率微波黑体源的空腔对准天线馈源，微波黑体源辐射的亮温度信号，到达空腔内设置的天线馈源，所述天线馈源根据不同的亮温信号得到不同的输出值，基于不同的输出值测定定标系数，进行定标。