X波段高功率微波一體化輻射場測量系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供了一種X波段高功率微波一體化輻射場測量系統(tǒng)，高功率微波輻射場信號(hào)由天線接收后，經(jīng)過波導(dǎo)衰減器進(jìn)行功率衰減，經(jīng)過波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器依次傳輸至程控衰減器和同軸衰減器進(jìn)行功率衰減，由檢波器檢出信號(hào)的包絡(luò)波形并由數(shù)字轉(zhuǎn)換器采集后發(fā)送給單板電腦，監(jiān)控計(jì)算機(jī)通過光纖收發(fā)器對(duì)數(shù)字轉(zhuǎn)換器和溫度傳感器進(jìn)行監(jiān)視；對(duì)數(shù)字轉(zhuǎn)換器和程控衰減器進(jìn)行控制。本實(shí)用新型集電磁防護(hù)、衰減量調(diào)節(jié)、信號(hào)檢波、數(shù)據(jù)采集及處理、遠(yuǎn)程監(jiān)控和光纖數(shù)傳等功能于一體，結(jié)構(gòu)緊湊，簡便易攜，易于外場測量的快速展開；提高了系統(tǒng)整體的電磁防護(hù)能力，增加了測量的動(dòng)態(tài)范圍，對(duì)測量不同功率水平的輻射場有了更強(qiáng)的適應(yīng)性。
【專利說明】X波段高功率微波一體化輻射場測量系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高功率微波輻射場測量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]高功率微波外場測量系統(tǒng)對(duì)于高功率微波研究中的參數(shù)測量、診斷等工作都有重要的作用。目前高功率微波輻射場測量系統(tǒng)的基本構(gòu)成如文獻(xiàn)“陳宇.遠(yuǎn)場法高功率微波功率測量中若干問題的研究[D].國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)碩士論文，2005 (P6~P7).”中提到的，該類系統(tǒng)組成面臨以下難題:一是存在電磁防護(hù)的薄弱環(huán)節(jié)，強(qiáng)電磁環(huán)境易對(duì)測量結(jié)果產(chǎn)生干擾；二是測量系統(tǒng)移動(dòng)測量位置帶來檢波器前端的重復(fù)連接，對(duì)其測量結(jié)果的可靠性造成了影響；三是不具備衰減調(diào)節(jié)能力，測量動(dòng)態(tài)范圍小。[0003]另一類是基于波導(dǎo)系統(tǒng)探針耦合的測量系統(tǒng)如文獻(xiàn)“屈勁，劉慶想，等.高功率微波輻射場功率密度測量系統(tǒng)[J].強(qiáng)激光與離子束，2004, 16(1)，77~80.”所述，該類型系統(tǒng)同樣存在易受外部電磁場干擾和測量動(dòng)態(tài)范圍小等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種X波段高功率微波一體化輻射場測量系統(tǒng)，集電磁防護(hù)、衰減量調(diào)節(jié)、信號(hào)檢波、數(shù)據(jù)采集及處理、遠(yuǎn)程監(jiān)控和光纖數(shù)傳等功能于一體，結(jié)構(gòu)緊湊，簡便易攜(重量約10kg)、易于外場測量的快速展開；提高了系統(tǒng)整體的電磁防護(hù)能力，增加了測量的動(dòng)態(tài)范圍(大于20dB)，對(duì)測量不同功率水平的輻射場有了更強(qiáng)的適應(yīng)性。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:包括天線、波導(dǎo)衰減器、波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器、程控衰減器、同軸衰減器、檢波器、數(shù)字轉(zhuǎn)換器、單板電腦、光纖收發(fā)器和監(jiān)控計(jì)算機(jī)。
[0006]高功率微波輻射場信號(hào)由天線接收后，經(jīng)過波導(dǎo)衰減器進(jìn)行功率衰減，經(jīng)過波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器傳輸至程控衰減器(傳輸線結(jié)構(gòu)由波導(dǎo)結(jié)構(gòu)改變?yōu)橥S結(jié)構(gòu)，利于減小后端傳輸線的體積)，再依次經(jīng)過程控衰減器和同軸衰減器進(jìn)行功率衰減(程控衰減器可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)功率衰減量的計(jì)算機(jī)控制，同軸衰減器通常和后端的檢波器一起使用，該組合檢波結(jié)構(gòu)有較小的駐波，可以減少檢波波形的畸變量)，由檢波器檢出高功率微波輻射場信號(hào)的包絡(luò)波形，該包絡(luò)波形由數(shù)字轉(zhuǎn)換器采集后發(fā)送給單板電腦，計(jì)算出天線所處位置的高功率微波輻射場功率密度值，監(jiān)控計(jì)算機(jī)通過光纖收發(fā)器對(duì)數(shù)字轉(zhuǎn)換器的采集波形、溫度傳感器采集的環(huán)境實(shí)時(shí)溫度進(jìn)行監(jiān)視；對(duì)數(shù)字轉(zhuǎn)換器的參數(shù)和程控衰減器的衰減量進(jìn)行控制。
-1 ^-(G-Aw -1Lwk.-Ap -Ac -Pd)
[0007]所述天線所處位置的高功率微波輻射場功率密度值_，
S
[0008]W——天線所處位置的高功率微波輻射場功率密度值，單位:mW/cm2 ；
[0009]G——天線增益，單位:dB ；
[0010]Aw——波導(dǎo)衰減器的衰減量，單位:dB ；[0011]ILW_。一波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器的插入損耗，單位:dB ；
[0012]Ap——程控衰減器的衰減量，單位:dB ；
[0013]Ac——同軸衰減器的衰減量，單位:dB ；
[0014]Pd——檢波波形幅度對(duì)應(yīng)的輸入功率值，單位:dBm ；
[0015]S—天線有效接收面積，單位:cm2。
[0016]進(jìn)入所述波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器的信號(hào)的平均功率不大于30dBm (連續(xù)波)或峰值功率 不大于50dBm (脈沖寬度小于IOii S)。
[0017]所述程控衰減器的衰減量按照IdB的步進(jìn),在0?IldB范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)。
[0018]所述檢波器輸入信號(hào)頻率范圍:DC?18GHz，波形輸出幅度小于150mV，響應(yīng)時(shí)間 小于2ns。
[0019]所述數(shù)字轉(zhuǎn)換器選用的帶寬:500MHz，最高采樣率:2GS/s，能夠完成對(duì)檢波器輸 出波形的不失真采樣。
[0020]所述的波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器、程控衰減器、同軸衰減器、檢波器、數(shù)字轉(zhuǎn)換器、單板電 腦、光纖收發(fā)器和溫度傳感器安裝在電磁防護(hù)體內(nèi)，電磁防護(hù)體包括殼體和殼蓋。殼體為上 端開口的長方體空腔，底部外側(cè)有一凸臺(tái)，凸臺(tái)頂面尺寸等于波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器的法蘭端面 尺寸，凸臺(tái)上開一矩形貫通孔，波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器的同軸接口 一端從殼體外側(cè)插沿矩形貫通 孔插入殼體，直到波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器的法蘭端面同凸臺(tái)頂面搭接，法蘭和凸臺(tái)沿搭接縫隙進(jìn) 行360°焊接，焊接采用氣體保護(hù)焊或真空焊接，波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器的法蘭端面開四個(gè)非貫通 的螺釘孔(避免了傳統(tǒng)貫通孔形成的進(jìn)入電磁防護(hù)體的耦合通道)，用以和波導(dǎo)衰減器的法 蘭連接和緊固。殼蓋與殼體上端開口吻合，外沿焊有三層鈹銅彈簧片，實(shí)現(xiàn)殼蓋和殼體的 良好電接觸，殼體上端開口處的邊沿高出殼蓋1.5cm。
[0021]在不影響系統(tǒng)屏蔽效能的前提下，在殼蓋上開小孔陣列，形成截止波導(dǎo)通風(fēng)窗，配 合安裝在截止波導(dǎo)通風(fēng)窗內(nèi)側(cè)的散熱風(fēng)扇使用，以提高系統(tǒng)的散熱能力。
[0022]電磁防護(hù)體內(nèi)部所有電子設(shè)備的供電都由聚合物鋰電池和電壓轉(zhuǎn)換模塊提供。
[0023]波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器可以是帶法蘭的穿墻的同軸轉(zhuǎn)接器，N型或SMA型，法蘭和殼體的 接縫360°焊接，焊接過程避免產(chǎn)生金屬氧化物。
[0024]天線可以選擇角錐喇叭天線或開口波導(dǎo)。
[0025]根據(jù)功率容量的要求，可以用定向耦合器代替波導(dǎo)衰減器，或定向耦合器串接波 導(dǎo)衰減器一起使用來完成對(duì)高功率微波輻射場信號(hào)的衰減。
[0026]本發(fā)明的有益效果是:采用了單板電腦和PCI接口的數(shù)字轉(zhuǎn)換器進(jìn)行波形的采集 和處理，代替了傳統(tǒng)的示波器和計(jì)算機(jī)，使結(jié)構(gòu)更加緊湊，避免了測量位置改變帶來的器件 的重復(fù)連接，增加了測量結(jié)果的可靠性(由于連接結(jié)構(gòu)的重復(fù)性不高，重復(fù)連接后系統(tǒng)的衰 減量會(huì)和標(biāo)定結(jié)果產(chǎn)生較大的偏差)；在測量系統(tǒng)的衰減環(huán)節(jié)引入了程控可調(diào)衰減器(重復(fù) 性小于0.03dB)，提高了測量動(dòng)態(tài)范圍，使測量系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍能夠達(dá)到20dB，增強(qiáng)了測量 系統(tǒng)在不同功率密度場中的適應(yīng)性；該測量系統(tǒng)的電磁防護(hù)體在設(shè)計(jì)中盡量減少電不連續(xù) 環(huán)節(jié)的存在，對(duì)唯一的電不連續(xù)環(huán)節(jié)——?dú)んw和殼蓋的連接處，采用了三層鈹銅彈片結(jié)構(gòu) 來加強(qiáng)電磁防護(hù)能力，采用光纖經(jīng)截止波導(dǎo)孔(是為了光纖在殼體上專門開的一個(gè)通孔，尺 寸滿足X波段電磁波的截止條件)貫通該電磁防護(hù)體，即能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送，又不 影響其屏蔽效能，這些措施保證了該系統(tǒng)在X波段的電磁屏蔽能力優(yōu)于90dB;通過溫度傳感器和散熱風(fēng)扇的使用，使系統(tǒng)具備一定的溫度調(diào)節(jié)的能力，對(duì)外場工作條件有了更強(qiáng)的適應(yīng)性；此外該系統(tǒng)體積小，重量輕(小于10kg)，便于外場測量工作的快速展開。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1是X波段高功率微波一體化輻射場測量系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)框圖；
[0028]圖2是波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)圖，其中，Ca)是主視圖，(b)是剖視圖；
[0029]圖3是殼體結(jié)構(gòu)圖，其中，Ca)是主視圖，(b)是剖視圖；
[0030]圖4是殼蓋、截止波導(dǎo)通風(fēng)窗及鈹銅彈簧片結(jié)構(gòu)圖，其中，Ca)是主視圖，(b)是剖視圖；
[0031]圖5是X波段高功率微波一體化輻射場測量系統(tǒng)防護(hù)結(jié)構(gòu)剖面圖；
[0032]圖中，1-天線，2-波導(dǎo)衰減器，3-波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器，4-程控衰減器，5-同軸衰減器，6-檢波器，7-數(shù)字轉(zhuǎn)換器，8-單板電腦，9-光纖收發(fā)器，10-監(jiān)控計(jì)算機(jī)，11-控制器， 12-電壓轉(zhuǎn)換模塊,13-聚合物鋰電池，14-電磁防護(hù)體,15-殼體,16-殼蓋,17-鈹銅彈簧片，18-散熱風(fēng)扇，19-截止波導(dǎo)通風(fēng)窗,20-溫度傳感器。
【具體實(shí)施方式】
[0033]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0034]如圖1所示，高功率微波輻射場信號(hào)由天線I進(jìn)入測量系統(tǒng)，經(jīng)過BJ100型波導(dǎo)衰減器2，波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器3 (BJ100-SMA)，程控衰減器4和同軸衰減器5，由檢波器6檢出脈沖信號(hào)的包絡(luò)波形，該波形由數(shù)字轉(zhuǎn)換器7采集后通過PCI接口發(fā)送給作為處理計(jì)算機(jī)的單板電腦8進(jìn)行存儲(chǔ)，對(duì)測量系統(tǒng)進(jìn)行嚴(yán)格定標(biāo)后，由波形的幅值即能夠計(jì)算出輻射場的功率密度值。考慮到波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換3及其后端系統(tǒng)的功率容量，應(yīng)控制進(jìn)入該器件信號(hào)的平均功率不大于30dBm (連續(xù)波)或峰值功率不大于50dBm (脈沖寬度小于10 y S)。
[0035]計(jì)算輻射場的功率密度值的前提條件是在高功率微波輻射場信號(hào)的頻率下，將天線的增益、天線的有效面積、波導(dǎo)衰減器的衰減量、波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器的插入損耗、程控衰減器的衰減量、同軸衰減器的衰減量、檢波器輸入功率水平與輸出波形幅度的對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行嚴(yán)格的標(biāo)定。
[0036]計(jì)算公式為:
【權(quán)利要求】
1.一種X波段高功率微波一體化輻射場測量系統(tǒng)，包括天線、波導(dǎo)衰減器、波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn) 換器、程控衰減器、同軸衰減器、檢波器、數(shù)字轉(zhuǎn)換器、單板電腦、光纖收發(fā)器和監(jiān)控計(jì)算機(jī)， 其特征在于:高功率微波輻射場信號(hào)由天線接收后，經(jīng)過波導(dǎo)衰減器進(jìn)行功率衰減，經(jīng)過波 導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器傳輸至程控衰減器，再依次經(jīng)過程控衰減器和同軸衰減器進(jìn)行功率衰減，由 檢波器檢出高功率微波輻射場信號(hào)的包絡(luò)波形，該包絡(luò)波形由數(shù)字轉(zhuǎn)換器采集后發(fā)送給單 板電腦，計(jì)算出天線所處位置的高功率微波輻射場功率密度值，監(jiān)控計(jì)算機(jī)通過光纖收發(fā) 器對(duì)數(shù)字轉(zhuǎn)換器的采集波形、溫度傳感器采集的環(huán)境實(shí)時(shí)溫度進(jìn)行監(jiān)視；對(duì)數(shù)字轉(zhuǎn)換器的 參數(shù)和程控衰減器的衰減量進(jìn)行控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的X波段高功率微波一體化輻射場測量系統(tǒng)，其特征在于:所 述的波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器、程控衰減器、同軸衰減器、檢波器、數(shù)字轉(zhuǎn)換器、單板電腦、光纖收發(fā) 器和溫度傳感器安裝在電磁防護(hù)體內(nèi)，電磁防護(hù)體包括殼體和殼蓋，殼體為上端開口的長 方體空腔，底部外側(cè)有一凸臺(tái)，凸臺(tái)頂面尺寸等于波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器的法蘭端面尺寸，凸臺(tái)上 開一矩形貫通孔，波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器的同軸接口 一端從殼體外側(cè)沿矩形貫通孔插入殼體，直 到波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器的法蘭端面同凸臺(tái)頂面搭接，法蘭和凸臺(tái)沿搭接縫隙進(jìn)行360°焊接，焊 接采用氣體保護(hù)焊或真空焊接，波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器的法蘭端面開四個(gè)非貫通的螺釘孔，用以 和波導(dǎo)衰減器的法蘭連接和緊固；殼蓋與殼體上端開口吻合，外沿焊有三層鈹銅彈簧片，實(shí) 現(xiàn)殼蓋和殼體的良好電接觸，殼體上端開口處的邊沿高出殼蓋1.5cm。
【文檔編號(hào)】G01R21/133GK203422424SQ201320209650
【公開日】2014年2月5日 申請(qǐng)日期:2013年4月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月22日
【發(fā)明者】史鵬飛, 蔣廷勇, 劉小龍, 李鵬輝, 閆軍凱, 葉虎, 景洪, 晏峰 申請(qǐng)人:中國人民解放軍63655部隊(duì)