[实用新型]一种毫米波高功率密度大束斑时空分布测量装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及毫米波测量技术领域，具体是指一种毫米波高功率密度大束斑时空分布测量装置。

背景技术

毫米波同时具有微波和红外波段的特点，一直受到研究人员的关注。近年来，特别是在国际热核聚变ITER、毫米波无线输能、毫米波雷达、毫米波主动拒止等民用、军用推动下，伴随着大功率回旋管等电真空技术的发展，毫米波技术向更高功率、更高频率的方向发展，其系统自由空间传输的波束功率密度以达到了瓦级/平方厘米，束斑直径已从毫米级扩展到了米级。这种毫米波束斑由于频率高、功率密度大、束斑直径大，在自由空间传输过程中由于周围环境引起的反射和多径效应越实用新型显，造成的结果是波束束斑时间、空间分布畸变，严重影响了系统性能。因此，急需研制出大功率密度波束测量系统来对波束的时空分布进行研究。

我国从二十世纪末开始研究毫米波测量系统。近年来，在国内同行业中南京理工大学处于领先水平，在毫米波探测系统研究工作中取得了较多的成果。但大多数的研制的测量系统，大多数都是针对低功率密度、小束斑的功率测试（比如南京理工大学李兴国教授团队研制的毫米波探测系统）或者是低频段高功率测试（张治强，王宏军，张黎军，等.高功率微波辐射场功率阵列测量装置研制[J].强激光与粒子束, 2010, 22(4): 883-886）。目前，国内外针对毫米波大功率密度大束斑时空分布测量，都采用红外热像这种方式，即利用毫米波束斑照射到诸如热敏纸等可发热体上，将毫米波能量转换为热量，然后通过成熟的红外热成像系统得到发热体上的温度分布，根据该温度分布来倒推得到毫米波束斑分布（杨显志，宫玉彬，王文祥.红外热像法测毫米波介质透镜天线的焦斑[J].中国测试技术, 2008, 34(3): 1-3）。但发热体受毫米波作用温度升高的过程是毫米波功率进行累积发热的过程，是一个能量叠加的过程，同时其温度分布受到可发热体材料物理特性、材料的均匀度、温度扩散、周围环境等多方面复杂因素的影响，另外现有的红外热像装置每秒采样率较低（百万元量级的红外成像设备，只有100帧/秒），这些因素造成无法精确、快速的完成对毫米波束斑时间和空间分布的测量（特别是毫米波刚开始作用到发热体，而发热体的温度未开始变化时）。因此人们希望有一种毫米波高功率密度大束斑时空分布测量装置，可精确、快速测量毫米波高功率密度大束斑时空分布，促进毫米波相关技术的发展和应用。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了完成毫米波高功率密度大束斑时空分布测量，提供一种毫米波高功率密度大束斑时空分布测量装置。该装置可精确、快速完成毫米波高功率密度大束斑时空分布测量。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种毫米波高功率密度大束斑时空分布测量装置，该装置由毫米波接收阵列和数值信号处理系统组成，所述毫米波接收阵列包括接收阵列天线、衰减器以及检波器，所述数值信号处理系统包括数值采集和数值处理；所述阵列天线的输出端与衰减器的输入端连接，衰减器的输出端与检波器的输入端连接，检波器输出端与数值信号处理系统的输入端连接。

在上述技术方案中，所述接收阵列天线为毫米波信号接收天线，其天线单元的形式包括但不限于开口波导天线、矩形喇叭、微带天线。

在上述技术方案中，所述天线单元的空间排布距离小于或等于被测束斑所需最小空间分辨距离。

在上述技术方案中，所述接收阵列天线输出端的输出阻抗与衰减器输入端的输入阻抗相匹配。

在上述技术方案中，所述衰减器为毫米波信号衰减装置，包括但不限于衰减器、耦合器。

在上述技术方案中，所述衰减器的衰减量大于或等于衰减器的最大输入功率与检波器可承受的功率之差。

在上述技术方案中，衰减器的输出阻抗与检波器的输入阻抗相匹配。

在上述技术方案中，所述检波器为毫米波半导体检波器，检波器的输出阻抗与数值信号处理系统的输入阻抗相匹配。

在上述技术方案中，所述吸波材料为毫米波吸波材料，吸波材料形式包括但不限于泡沫式、橡胶式、硅胶涂敷等形式。

本实用新型的测量装置的工作原理为：通过接收阵列天线将被测毫米波束斑按照空间分布分解，然后通过检波器实现每一路毫米波信号向电信号的同步转化，最后采用成熟的数值信号处理系统完成每一路信号随时间变化的采样、处理和在计算机上实现的全束斑时间和空间信息显示，最终完成对毫米波高功率密度大束斑时空分布的测量。