[发明专利]一种脉冲高功率现场校准装置和方法

说明书

本发明公开了一种脉冲高功率现场校准装置和方法。其中，所述脉冲高功率现场校准装置，包括：辐射天线、脉冲场强测量系统和数据处理系统。辐射天线与待测脉冲功率源连接，用于发射电磁波信号；脉冲场强测量系统，用于测量所述电磁波信号覆盖区域内的峰值场强；数据处理系统，与所述脉冲场强测量系统连接，用于采用辐射场积分算法根据所述峰值场强确定所述待测脉冲功率源的输出参数。本发明提供的脉冲高功率现场校准装置和方法，基于辐射场积分法进行测量，能够实现C波段(4GHz～8GHz)峰值10MW的脉冲功率的现场校准，且具有校准精确、结构简单、便于携带等优点。

技术领域

本发明涉及脉冲校准技术领域，特别是涉及一种脉冲高功率现场校准装置和方法。

背景技术

随着科学技术的飞速发展以及电子技术在电子系统中的广泛应用，脉冲高功率微波以其独特的技术优势，进入一个迅速发展的时期。

脉冲高功率微波技术是高功率微波研究的关键技术之一。俄罗斯、美国、日本和西欧等国家和地区都对脉冲高功率微波技术投入大量的资金展开研究，使其在功率上已经达到了兆瓦甚至吉瓦级水平。中国近年来也在脉冲高功率微波基础物理和关键技术方面得到了快速发展。随着脉冲功率的进一步提高，其峰值功率达到兆瓦以上，这给脉冲高功率微波的测量与校准技术提出了更高的要求。分析世界对脉冲高功率的研究及发展状况，其涵盖的相关无线电参数涉及脉冲波形、频谱、功率、辐射场、相位以及模式等各个方面。其中较为常见的测量技术主要有探针耦合法、量热式测量法、功率探测器测量法、耦合器级联测量法和辐射场功率阵列测量法等。

1)探针耦合法

当探针的直径远小于被测微波的波长时，探针可以较为准确地耦合出要测量模式的功率包络波形，即探针耦合一定的功率，再通过连接微波电缆、测单次微波脉冲频率的方波导色散线和晶体检波器，直接用高频示波器测得经过色散线和未经过色散线的功率包络波形，从而换算出真实的高功率微波功率和频率。同轴电探针耦合器测量方法作为一种近似测量方法，具有结构简单、使用方便，可以对脉冲功率实时监测等特点，但是因要测量的脉冲高功率功率微波除主模外，还存在其它模式，使测量结果不精确，其准确给出功率较为困难，且易击穿，其击穿功率远远小于波导自身的功率容量，限制了其运用范围。

2)量热式测量法

量热式测量方法也称为能量计法，这种方法主要对脉冲高功率的能量进行测量。其方式是阻挡式测量。基本原理是：用能量吸收体将微波脉冲能量变换为热能，然后测量吸收器的温升来确定微波脉冲能量。测量系统主要由吸收体、温升敏感元件和记录系统等组成。常用的吸收体主要有酒精、水、石墨以及各种金属薄膜等。酒精或水与毛细管温度计组成的测量系统是一种典型的量热式脉冲高功率测量方法。

人射的微波能量被吸收液体吸收，液体的温度升高，同时体积膨胀，测量液体温度变化或体积的膨胀量就可以推算出液体吸收的微波能量。体积变化通过液位传感器测量。液位传感器是一段空气同轴线，当酒精吸收微波能量体积膨胀后，有一部分酒精进入空气同轴线，这是同轴线的电容量就增大，通过测量同轴线的电容就可以推算酒精的体积膨胀量。

作为量热式能量计，应选择体热膨胀系数大、比热和密度小的液体(如酒精)做吸收体，同时应尽量减小毛细管的内半径；毛细管中的高度升高与使用的液体量无关，但量不宜太大，否则将会造成环境温度变化的影响太大，应尽量使使用的酒精量减小。尽管不同的情况需要建立不同的微波脉冲量热计，但是在建立量热计时都要注意：尽量使吸收体与波导的特性阻抗相匹配，减小反射系数；在脉冲高功率功率情况下注意击穿问题；根据实际情况来选择系统的灵敏度。其测量的精度和范围与吸收体、温升敏感元件和记录系统等有关。单脉冲高功率的能量一般较小，所以要选取对微波具有好的吸收性能但热容量较小的材料。吸收体形状主要根据测量对象的场型和灵敏度要求来确定。温升敏感元件主要有毛细管温度计、压力微分传感器或热敏电阻等。能量计测量微波能量其原理和结构简单，环节少；工作频带相对较宽；测量范围大；回避了脉冲高功率非单频、多模的问题；但属于阻挡式测量，不能用于实时监测。

3)功率探测器测量法