專利名稱：一種紅外微波目標(biāo)模擬裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及光學(xué)、機(jī)械應(yīng)用領(lǐng)域，尤其涉及一種紅外微波目標(biāo)模擬裝置。
背景技術(shù)：
紅外目標(biāo)模擬裝置用來(lái)向外輻射紅外信號(hào)，其主要部件是黑體輻射源。黑體通電工作，當(dāng)自身達(dá)到一定溫度時(shí)，其能向外輻射紅外信號(hào)，在一定距離內(nèi)通過(guò)觀測(cè)設(shè)備能夠觀測(cè)到紅外信號(hào)，以此來(lái)達(dá)到紅外模擬的目的。微波目標(biāo)模擬裝置用來(lái)向外發(fā)射微波信號(hào)，微波模擬裝置主要包括天線喇叭、射頻線路和微波信號(hào)源。微波信號(hào)源控制發(fā)射出的微波的頻段和功，天線喇叭用于將微波信號(hào)源調(diào)制的微波發(fā)射出去，以此來(lái)達(dá)到微波模擬的目的?，F(xiàn)有技術(shù)中的目標(biāo)模擬裝置一般只是單獨(dú)的紅外目標(biāo)模擬裝置或微波目標(biāo)模擬裝置，而現(xiàn)有技術(shù)中的航空航天類產(chǎn)品所具有的特性已經(jīng)不再是單一的紅外特性或者微波特性。因此，實(shí)驗(yàn)室在對(duì)同時(shí)具有紅外特性和微波特性進(jìn)行產(chǎn)品測(cè)試時(shí)，需要一個(gè)能夠同時(shí)向外輻射紅外信號(hào)和微波信號(hào)的目標(biāo)模擬裝置，且能夠保證其紅外源的光軸與微波源的電軸高精度重合。然而，現(xiàn)有技術(shù)中的目標(biāo)模擬裝置很難滿足這一需求。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的目標(biāo)模擬裝置不能同時(shí)向外輻射紅外信號(hào)和微波信號(hào)，且不能實(shí)現(xiàn)紅外源的光軸與微波源的電軸高精度重合的問(wèn)題，提供一種紅外微波目標(biāo)模擬裝置，使其可以實(shí)現(xiàn)紅外光軸和微波電軸的重合度精調(diào)技術(shù)和近距離模擬微波遠(yuǎn)場(chǎng)條件的技術(shù)，并且解決紅外源設(shè)計(jì)不當(dāng)產(chǎn)生的光斑黑影問(wèn)題。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下:—種紅外微波目標(biāo)模擬裝置，包括紅外微波復(fù)合源、控制器，所述紅外微波復(fù)合源包括紅外目標(biāo)源、微波目標(biāo)源、用于將紅外信號(hào)和微波信號(hào)形成一束光信號(hào)的波束合成器，波束合成器與紅外目標(biāo)源、微波目標(biāo)源具有光通訊連接；所述微波目標(biāo)源包括標(biāo)準(zhǔn)微波信號(hào)源、發(fā)射天線、微波透鏡和滑臺(tái)，所述發(fā)射天線置于滑臺(tái)上，發(fā)射天線接收微波信號(hào)源產(chǎn)生的微波信號(hào)，微波透鏡置于發(fā)射天線前端。所述紅外目標(biāo)源包括黑體、用于實(shí)現(xiàn)紅外目標(biāo)源能量的連續(xù)和間斷控制的紅外能量調(diào)整裝置、平行光管，黑體、紅外能量調(diào)整裝置、平行光管之間依次為光通訊連接。所述平行光管包括主拋物面反射鏡、小平面反射鏡、主平面反射鏡、窗口。所述發(fā)射天線前端設(shè)有用于實(shí)現(xiàn)微波遠(yuǎn)場(chǎng)條件的微波透鏡。所述微波目標(biāo)源中的滑臺(tái)是六自由度的調(diào)整裝置，所述調(diào)整裝置包括仰俯角調(diào)整滑臺(tái)、方位角調(diào)整滑臺(tái)、三軸滑臺(tái)，仰俯角調(diào)整滑臺(tái)、方位角調(diào)整滑臺(tái)和三軸滑臺(tái)上均設(shè)有用于調(diào)整方向的螺桿。所述微波目標(biāo)源中的發(fā)射天線為雙脊圓錐喇叭天線。[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的目標(biāo)模擬裝置能夠同時(shí)向外輻射紅外信號(hào)和微波信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了紅外光軸、微波電軸和裝置機(jī)械軸三軸合一技術(shù)，紅外光軸和微波電軸重合度達(dá)到0.14°，實(shí)現(xiàn)了近距離模擬微波遠(yuǎn)場(chǎng)條件技術(shù)，以及紅外目標(biāo)源能量的連續(xù)和間斷控制，本實(shí)用新型的紅外微波目標(biāo)模擬裝置總重28.5千克，與其他產(chǎn)品相較重量輕且尺寸小。
圖1為本實(shí)用新型紅外微波復(fù)合源的工作原理圖；圖2為本實(shí)用新型調(diào)整裝置主視圖；圖3為本實(shí)用新型調(diào)整裝置俯視圖；圖4為本實(shí)用新型的發(fā)射天線在中心頻點(diǎn)12GHz時(shí)波束寬度30° (D=52mm)近距0.8m的方向圖；圖5為本實(shí)用新型的發(fā)射天線在中心頻點(diǎn)12GHz時(shí)波束寬度22° (D=64mm)近場(chǎng)距離0.8m的方向圖；圖6為本實(shí)用新型的發(fā)射天線在中心頻點(diǎn)12GHz時(shí)波束寬度12° (D=150mm)近場(chǎng)距離0.8m的方向圖。
具體實(shí)施方式
為使對(duì)本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)特征及所達(dá)成的功效有更進(jìn)一步的了解與認(rèn)識(shí)，用以較佳的實(shí)施例及附圖配合詳細(xì)的說(shuō)明，說(shuō)明如下:參見圖1至圖3，如圖所示，一種紅外微波目標(biāo)模擬裝置，包括紅外目標(biāo)源1、微波目標(biāo)源2、波束合成器3、計(jì)算機(jī)控制器4。波束合成器3用于實(shí)現(xiàn)微波電軸和紅外光軸的重合，波束合成器3與紅外目標(biāo)源、微波目標(biāo)源具有光通訊連接，計(jì)算機(jī)控制器4用于調(diào)控紅外目標(biāo)源I和微波目標(biāo)源2，以產(chǎn)生紅外信號(hào)和微波信號(hào)。紅外目標(biāo)源I由黑體11、紅外能量調(diào)整機(jī)構(gòu)12、平行光管13組成。紅外目標(biāo)源光路原理圖如圖1所示。所述平行光管13采用反射式光學(xué)系統(tǒng)，由主拋物面反射鏡131、小反射鏡132、平面主反射鏡133和窗口 134構(gòu)成。拋物面鏡選擇為焦距380mm，口徑102mm，離軸量IOOmm ;小平面反射鏡可以根據(jù)總體尺寸做一定角度的調(diào)整。黑體是一種技術(shù)成熟的微型紅外黑體，已大量應(yīng)用于各種紅外系統(tǒng)測(cè)試中。黑體為開腔式結(jié)構(gòu)，輻射系數(shù)高達(dá)0.97±0.03，且為全波段輻射，滿足3 5μπι的要求，工作溫度范圍為50 600°C，能滿足設(shè)備對(duì)黑體能量變化的需求。該黑體外形約為Φ36πιπιΧ 51mm，體積小巧，且有定向輻射功能，能極大地提高輻射效率。黑體采用島電的SR92數(shù)字調(diào)節(jié)儀控制，控溫精度高，溫度穩(wěn)定。黑體升溫速度快，在IOOs內(nèi)，能從常溫升高至500°C。此黑體方便拆卸更換。微波目標(biāo)源2包括標(biāo)準(zhǔn)微波信號(hào)源、發(fā)射天線21、微波透鏡22，標(biāo)準(zhǔn)微波信號(hào)源用于產(chǎn)生微波信號(hào)，發(fā)射天線用于接收微波信號(hào)并發(fā)射微波，透鏡用于實(shí)現(xiàn)微波遠(yuǎn)場(chǎng)條件。所述發(fā)射天線置于滑臺(tái)24上，微波透鏡置于發(fā)射天線前端。所述微波天線21上設(shè)有吸波裝置23?；_(tái)24主要由俯仰角調(diào)整滑臺(tái)241，方位角調(diào)整滑臺(tái)242，三軸滑臺(tái)243組成。發(fā)射天下通過(guò)支架固定在俯仰滑臺(tái)上，調(diào)整俯仰角調(diào)整241上的螺桿245可以調(diào)整發(fā)射天線俯仰角；調(diào)整方位角調(diào)整滑臺(tái)242上的螺桿244可以調(diào)整發(fā)射天線方位角；調(diào)整三軸滑臺(tái)243上的螺桿246、247和248可以分別調(diào)整三個(gè)方向位移。調(diào)試時(shí)，通過(guò)紅外微波復(fù)合測(cè)角裝置實(shí)時(shí)檢測(cè)紅外方位角和微波方位角，以紅外的光軸為基準(zhǔn)調(diào)整微波目標(biāo)裝置，再根據(jù)以上測(cè)得的紅外方位角與微波方位角的差值來(lái)調(diào)整滑臺(tái)，最終使紅外的光軸和微波的電軸達(dá)到一定的最好的重合度。發(fā)射天線22采用雙脊圓錐喇叭天線作為發(fā)射天線，盡管經(jīng)過(guò)仿真計(jì)算，優(yōu)化平衡了工作距離，半波束寬度，體積大小等指標(biāo)，但是，該設(shè)計(jì)可能對(duì)使用需求仍然不夠理想。因?yàn)槌瑢拵炀€在近場(chǎng)工作時(shí)，天線相位中心隨工作波長(zhǎng)變化會(huì)產(chǎn)生變化，導(dǎo)致電軸隨頻率變化。發(fā)射天線22的設(shè)計(jì)，需要考慮發(fā)射天線在近距滿足遠(yuǎn)場(chǎng)條件前提下，天線波束寬度對(duì)產(chǎn)品測(cè)試的影響。因此，首先針對(duì)不同波束寬度的發(fā)射天線作方向圖仿真，以擇優(yōu)設(shè)計(jì)發(fā)射天線。天線口徑與波束寬度之間的關(guān)系，在工程上可用公式(I)來(lái)表示:θ0, = K— (I)式中，θα5是源天線半功率點(diǎn)波束寬度；λ為工作波長(zhǎng)；D是天線口徑；JT=6ff-70*。 以中心頻率12GHz對(duì)應(yīng)最長(zhǎng)工作波長(zhǎng)= 25.!計(jì)算，對(duì)于厶=〗20w 的源天線，其 Θμ=12.5. 14.6.。為了選擇合適的發(fā)射天線，對(duì)圓錐喇叭天線進(jìn)行了射頻結(jié)構(gòu)仿真計(jì)算，給出了這種天線，在不同口徑面、在中心工作頻率(12GHz)上、距離口徑面0.8m處的遠(yuǎn)場(chǎng)輻射方向圖,如圖4,圖5,圖6所示。從仿真結(jié)果來(lái)看，波束寬度12°的發(fā)射天線(D=150mm)在0.8m的距離上方向圖還沒(méi)有完全形成，波形有較大畸變。波束寬度22°的發(fā)射天線(D=64mm)在
0.8m的距離上方向圖基本形成。根據(jù)仿真結(jié)果，在0.85m左右的距離上，波束寬度為15°的銳方向性天線是不合適的。同時(shí)被測(cè)產(chǎn)品的天線是寬波束的二元測(cè)相線陣，其元天線波束寬度θα5約為40°左右。這樣一來(lái)，在測(cè)量產(chǎn)品無(wú)線電特性參數(shù)過(guò)程中，可能存在收、發(fā)天線波束寬度不匹配問(wèn)題。從天線輻射特性參數(shù)測(cè)試方面考慮，為了減少測(cè)量誤差，源天線口徑d與被測(cè)天線口徑D之間的關(guān)系，在工程上通常應(yīng)當(dāng)滿足公式(2)，即d <Ζθ (2)
4考慮到產(chǎn)品二元測(cè)相陣的兩個(gè)元天線輻射方向圖在遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)是重疊在一起的，其合成波束寬度估計(jì)在30°左右。因此，本微波發(fā)射天線，其半功率點(diǎn)波束寬度θα5，最好按30°左右設(shè)計(jì)，最終選取波束寬度22°的源天線。滿足產(chǎn)品特性參數(shù)遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)量條件的最小距離Rmin滿足=!)(3)
K本系統(tǒng)采用半功率點(diǎn)波束寬度為22°的天線作為五軸轉(zhuǎn)臺(tái)測(cè)試的發(fā)射天線時(shí)，D取64mm ;在工作頻段低端12GHz時(shí)，λ取25mm ；k 一般取2 ;由于產(chǎn)品測(cè)量天線為兩個(gè)基線寬度約為127mm的雙螺旋天線，在靜止時(shí)每一個(gè)天線都是獨(dú)立的，此時(shí)d取30mm，Rmin需要大于0.4m，基本滿足測(cè)量條件。但是在測(cè)產(chǎn)品旋轉(zhuǎn)測(cè)試時(shí)，其等效口徑d約為157mm(127mm+30mm),此時(shí)Rmin需要大于2.3m,由于五軸轉(zhuǎn)臺(tái)的收發(fā)天線之間的距離只有0.85m左右，因此不滿足理想遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)量條件，在測(cè)量產(chǎn)品特性參數(shù)時(shí)需要通過(guò)軟件進(jìn)行大量的仿真計(jì)算進(jìn)行近場(chǎng)修正，才能滿足理想測(cè)試要求。紅外微波目標(biāo)模擬裝置的工作過(guò)程為:紅外目標(biāo)源中的黑體發(fā)射紅外信號(hào)，紅外信號(hào)經(jīng)紅外能量調(diào)整機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)后射入小反射鏡132，經(jīng)一次反射入射到拋物面鏡131后形成平行光，平行光經(jīng)過(guò)平面主反射鏡133和波束合成器3兩次反射后形成一束平行光。同時(shí)，微波信號(hào)源調(diào)制微波信號(hào)，將微波信號(hào)接入發(fā)射天線后端，由發(fā)射天線將進(jìn)入的微波信號(hào)發(fā)射到周圍空間中去。微波信號(hào)經(jīng)過(guò)天線前端的微波透鏡，形成緊縮場(chǎng)測(cè)量，這樣就可以避免由于發(fā)射天線與接收天線過(guò)于接近造成的測(cè)試限制。紅外目標(biāo)源產(chǎn)生的紅外信號(hào)和微波目標(biāo)源中的發(fā)射天線發(fā)出的微波信號(hào)在出瞳后進(jìn)行匯合，通過(guò)發(fā)射天線的下端的六自由度的調(diào)整裝置的調(diào)節(jié)，使此時(shí)的紅外光軸和微波電軸的同軸度達(dá)到最理想的狀態(tài)。以上顯示和描述了本實(shí)用新型的基本原理、主要特征和本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本實(shí)用新型不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書中描述的只是本實(shí)用新型的原理，在不脫離本實(shí)用新型精神和范圍的前提下本實(shí)用新型還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本實(shí)用新型的范圍內(nèi)。本實(shí)用新型要求的保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等同物界定。
權(quán)利要求1.一種紅外微波目標(biāo)模擬裝置，其特征在于，包括紅外微波復(fù)合源、控制器，所述紅外微波復(fù)合源包括紅外目標(biāo)源、微波目標(biāo)源、用于將紅外信號(hào)和微波信號(hào)形成一束光信號(hào)的波束合成器；所述微波目標(biāo)源包括標(biāo)準(zhǔn)微波信號(hào)源、發(fā)射天線、微波透鏡和滑臺(tái)，所述發(fā)射天線置于滑臺(tái)上，發(fā)射天線接收微波信號(hào)源產(chǎn)生的微波信號(hào)，微波透鏡置于發(fā)射天線前端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紅外微波目標(biāo)模擬裝置，其特征在于，所述紅外目標(biāo)源包括黑體、用于實(shí)現(xiàn)紅外目標(biāo)源能量的連續(xù)和間斷控制的紅外能量調(diào)整裝置、平行光管。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的紅外微波目標(biāo)模擬裝置，其特征在于，所述平行光管包括主拋物面反射鏡、小平面反射鏡、主平面反射鏡、窗口。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述紅外微波目標(biāo)模擬裝置，其特征在于，所述發(fā)射天線前端設(shè)有用于實(shí)現(xiàn)微波遠(yuǎn)場(chǎng)條件的微波透鏡。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述紅外微波目標(biāo)模擬裝置，其特征在于，所述微波目標(biāo)源中的滑臺(tái)是六自由度的調(diào)整裝置，所述調(diào)整裝置包括仰俯角調(diào)整滑臺(tái)、方位角調(diào)整滑臺(tái)、三軸滑臺(tái)，仰俯角調(diào)整滑臺(tái)、方位角調(diào)整滑臺(tái)和三軸滑臺(tái)上均設(shè)有用于調(diào)整方向的螺桿。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述紅外微波目標(biāo)模擬裝置，其特征在于，所述微波目標(biāo)源中的發(fā)射天線為雙脊圓錐喇叭天線。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種紅外微波目標(biāo)模擬裝置，包括紅外微波復(fù)合源、控制器，所述紅外微波復(fù)合源包括紅外目標(biāo)源、微波目標(biāo)源、用于將紅外信號(hào)和微波信號(hào)形成一束光信號(hào)的波束合成器，波束合成器與紅外目標(biāo)源、微波目標(biāo)源具有光通訊連接；所述微波目標(biāo)源包括標(biāo)準(zhǔn)微波信號(hào)源、發(fā)射天線、微波透鏡和滑臺(tái)，所述發(fā)射天線置于滑臺(tái)上，發(fā)射天線接收微波信號(hào)源產(chǎn)生的微波信號(hào)，微波透鏡置于發(fā)射天線前端。本實(shí)用新型的目標(biāo)模擬裝置能夠同時(shí)向外輻射紅外信號(hào)和微波信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了紅外光軸、微波電軸和裝置機(jī)械軸三軸合一技術(shù)，紅外光軸和微波電軸重合度達(dá)到0.14°。
文檔編號(hào)H04B1/02GK203039673SQ20132006613
公開日2013年7月3日 申請(qǐng)日期2013年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月5日
發(fā)明者李康, 刁海南 申請(qǐng)人:上海一航凱邁光機(jī)電設(shè)備有限公司