[发明专利]一种基于水介质的超宽谱高功率微波传感器

说明书

本发明属于高功率微波测量技术领域，本发明提出一种基于水介质的超宽谱高功率微波传感器，包括水介质、长方体外壳、金属导体带、介质支撑结构、金属探针和同轴输出端口；长方体外壳置于接地金属板上方，金属导体带设置于长方体外壳内侧底部中间位置；长方体外壳的上部开设有孔阀，用于注入水介质以对长方体外壳与金属接地板所形成的空腔进行填充；金属探针的一端穿过接地金属板及水介质与金属导体带的一端相连，另一端连接同轴输出端口。本发明在保证传感器小型化的同时使有效测量时间窗提高至10ns以上，具有波形保真性能好，测量频带宽，输出波形为激励脉冲电场原波形的特点，可应用于小空间中并实现对不同脉宽超宽谱电磁脉冲的准确测量。

技术领域

本发明属于高功率微波测量技术领域，具体涉及超宽谱高功率微波传感器。

背景技术

超宽谱高功率微波(UWS-HPM,Ultra-Wideband High Power Microwave)是一种无载频的瞬态强电磁脉冲，脉冲宽度在纳秒量级，脉冲上升/下降时间在亚纳秒量级，其瞬时频谱宽度可达百兆赫到吉赫兹量级，与核电磁脉冲相比，其上升沿更陡，脉宽更窄，频带更宽，穿透能力更强，对现代电子信息系统构成了严重威胁。在超宽谱高功率微波辐射系统性能测试中，需要对UWS-HPM辐射场进行准确测量，测量结果是测试和评估系统性能指标的重要依据。

准确对UWS-HPM进行测量，从时域上来说要求测量系统的输出波形相对激励波形只有时间上的延迟而无波形上的变化，从频域上来说要求测量系统在待测信号所覆盖的频带范围内具有平坦的幅频特性和线性的相频特性，这其中关键在于对接收天线或接收器件的设计。

目前国内外常用的UWS-HPM接收器件是TEM喇叭天线和D-dot传感器。 TEM喇叭天线具有较好的幅频特性和线性相位，在有效时间窗内能够直接对入射电场的原波形进行还原，但其存在两方面的缺陷：1)时间窗的扩展依赖于喇叭臂长的增加，造成喇叭天线尺寸较大且能提供的有效测量时间窗有限，限制了 TEM喇叭在小空间场以及宽脉宽UWS-HPM测量上的应用；2)TEM喇叭天线由两块向前张开的等腰三角形金属板构成，存在馈电结构不牢固，喇叭张角不稳定等问题，影响了喇叭性能指标的稳定性及测量结果的准确性。D-dot传感器具有较小的尺寸以及较高的工作带宽，但由于其输出波形为入射电场的微分形式，需通过后端硬件积分或数值积分的方式复原入射电场，导致对应的测量系统存在积分不确定性难以评估、硬件积分带宽有限等问题，也一定程度上影响了传感器测量的准确性。

发明内容

本发明的目的是解决TEM喇叭天线和D-dot传感器作为UWS-HPM测量器件存在的测量时间窗口不足，无法应用于宽脉宽且测量结果不理想的技术问题。

针对上述技术问题，提出如下技术方案：

一种基于水介质的超宽谱高功率微波传感器，包括水介质1、长方体外壳2、金属导体带3、接地金属板4、介质支撑结构5、金属探针6和同轴输出端口7；

水介质1为纯水；

长方体外壳2置于接地金属板上方，其开口处边缘与接地金属板边缘接触良好，形成一个密封的空腔；所述长方体外壳2的上盖板开设有孔阀8，从孔阀 8注入水介质1以填充长方体外壳2与接地金属板4所形成的空腔；长方体外壳 2上盖板内侧中间位置沿着长度方向粘贴有一金属导体带3；在靠近金属导体带 3端口的位置各设置一组位于金属导体带3与接地金属板4之间的介质支撑结构5，用以支撑金属导体带3；

金属探针6的一端穿过水介质1与金属导体带3的一端相连，另一端连接同轴输出端口7；同轴输出端口7装配在接地金属板4底部，其外导体与金属接地板4电连接，内导体与金属探针6电连接；

进一步的，金属导体带3的长度由传感器的时间窗大小决定，表示如下：