一种全吸收式微波能量测量装置

摘要

本发明提供了一种全吸收式微波能量测量装置。所述的装置中的吸收体内的吸收液对微波进行吸收，探测器与吸收体连接；过渡连接段与金属屏蔽层采用法兰盘形式连接，保温层贴附在金属屏蔽层上，控制系统的输入端与探测器及温度传感器连接，控制系统的输出端与加热电阻丝及示波器连接，控制系统进行信号的分析、处理和输出。本发明能够对微波进行全吸收，并且具有结构简单、性能可靠、使用安全、适用范围广的特点。

说明书

技术领域

本发明属于微波测试技术领域，具体涉及一种微波能量测量装置，用于实现微波能量的准确测量。

背景技术

能量参数是微波测量中一项重要参数，微波能量测量的优点是与微波频率和模式无关，广泛应用于、中功率、低功率的微波能量测量中，适用于宽带、窄带，单模、多模等微波能量的测量。微波具有峰值功率高，脉冲时间短等特点，国内相关微波研究单位都密切关注微波功率的测量（主要有在线腔内耦合法和远场辐射积分法）。随着微波技术的发展，其峰值功率越来越高，使得微波功率测量难度加大。微波能量的测量可间接实现微波功率的测量，可避免微波功率测量带来的诸多问题，能量测量与功率测量相互验证、相互补充。

微波能量测量大多采用负载吸收式，根据测量对象特点主要有两种测量方式，测量原理稍有不同。一种采用流动水作为吸收负载，水等介质吸收微波后的能量并转换成热量，通过测量进出水的温差和流量，得到能量的大小，这种方法主要用于连续运行的系统能量测量，另一种方式是将吸收的微波能量转换成热量引起溶液体积的变化，通过对体积变化的测量确定能量的大小，主要适用于以脉冲方式工作的微波源能量测量。

目前，已公开报道的脉冲式微波能量测量系统均存在一定的缺点，如文献《绝热型微波脉冲能量计研究》采用电容传感器进行测量，其测量的量程只有100J，端口反射系数较大为1.3；文献《3mm回旋管能量计的设计与实验》中的能量测量系统为空间辐射吸收式，两种测量系统的端口反射系数均会对测量结果造成影响。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种全吸收式微波能量测量装置。

本发明的全吸收式微波能量测量装置，包括过渡连接段、吸收体、探测器、支架，控制系统、金属屏蔽层、吸收液、加热电阻丝、温度传感器、入水口、出水口、拉手、保温层；吸收体内的吸收液对微波进行吸收，吸收微波后的吸收体内温度升高，吸收液体积膨胀，与吸收体直接相连的探测器内的液位升高，控制系统对探测器的信号进行处理分析；所述的装置置于支架上，所述过渡连接段与金属屏蔽层采用法兰盘形式连接，法兰盘螺丝穿过吸收体，通过螺丝压紧过渡连接段、吸收体和金属屏蔽层，所述保温层贴附在金属屏蔽层上，所述吸收液由位于吸收体正上方的入水口注入，由位于吸收体正下方的出水口倾泻，所述探测器位于吸收体的侧边，并保持与水平的倾斜角度在10°到20°之间，所述加热电阻丝和温度传感器固定在吸收体的内部，通过金属螺杆引出四个连接头至保温层外，所述控制系统的输入端与探测器及温度传感器连接，所述控制系统的输出端与加热电阻丝及示波器连接，控制系统进行信号的分析、处理和输出。

所述过渡连接段为两级的圆锥形渐变结构，过渡连接段的两个端面均为带有密封结构的法兰盘。

所述吸收体的材质为聚四氟乙烯，并具有双面纹波形的吸收面。

所述探测器为同轴结构的电阻型传感器，不锈钢材质的内外导体分别是电阻器的两个电极，吸收液填充在内外金属导体之间，同轴的外导体与金属屏蔽层连接。

所述吸收液为乙醇、去离子水和水杨酸按组成的混合液。

本发明采用过渡连接段的结构可降低传输线内的电场强度，同时有效改善能量测量装置的端口反射；吸收腔的纹波吸收面可有效降低对微波的反射，提高了微波的吸收效率；采用金属屏蔽层可对微波进行二次吸收，防止微波泄露达到全吸收的效果；能量测量装置经预热后吸收体内温度高于环境温度3℃以上，同时采用稳态测量方式可消除环境温度变化对测量结果的影响；能量测量装置采用标准微波进行校准得到测量装置的电压-能量校准曲线，对被测微波源进行测量时根据测得的电压值结合校准曲线得到被测微波能量大小，采用该方式可消除能量测量装置端口反射系数对测量结果的影响。本发明能够能够对微波进行全吸收，并且具有结构简单、性能可靠、使用安全、适用范围广、量程宽、可消除端口反射系数影响等优点。

附图说明

图1是本发明的总体结构示意图；

图2是本发明的内部结构示意图；

图3是本发明的纹波吸收面；

图4是本发明中的吸收体内结构图；

图5是本发明中的探测器结构图；

图6是本发明的电压测试图；

图7是本发明的电压-能量校准曲线；

图中：1.过渡连接段2.吸收体3.探测器4.支架5.控制系统6.金属屏蔽层7.吸收液8.加热电阻丝9.温度传感器10.入水口11.出水口12.拉手13.保温层14. 聚四氟乙烯前板15.聚四氟乙烯后板16.密封圈17.波导口18.法兰盘19.探测器外导体20.探测器内导体21.探测器出水口22.示波器。

具体实施方式

本发明的全吸收式微波能量测量装置，包括过渡连接段、吸收体、探测器和控制系统。微波源经过能量测量装置的过渡连接结构到达吸收体的吸收面，吸收体吸收微波后吸收体内的温度升高，吸收体内的吸收液体积膨胀，与吸收腔体直接相连的探测器内的液位升高，控制系统对探测器的信号进行处理分析，从而得到被测微波源能量大小。

过渡连接段与金属屏蔽层采用法兰盘形式连接，法兰盘螺丝穿过吸收体，通过螺丝压紧过渡连接段、吸收体和金属屏蔽层，同时保温层贴附在金属屏蔽层上；吸收液由位于吸收体正上方的入水口注入，由位于吸收体正下方的出水口倾泻；探测器位于吸收体的侧边，并保持与水平的倾斜角度在10°到20°之间；加热电阻丝和温度传感器固定在吸收体的内部，通过金属螺杆引出四个连接头至保温层外；控制系统的输入端与探测器及温度传感器连接，控制系统的输出端与加热电阻丝及示波器连接，控制系统进行信号的分析、处理和输出。

所述过渡连接段由两级圆锥形渐变结构组成，其两个端面均为带有密封结构的法兰盘，过渡连接段的输入端与被测微波源连接，后端面与包裹吸收体的金属屏蔽层连接。

所述吸收体的材质为聚四氟乙烯，有双面纹波结构的吸收面。

所述探测器为不锈钢材质、同轴结构电阻型传感器，同轴的内、外导体分别是电阻器的两个电极，吸收液体填充在内外金属导体之间，液面变化引起电阻值变化。

所述吸收液为乙醇、去离子水和水杨酸按组成的混合液。

图1是本发明的总体结构示意图。本发明在使用时与被测微波源或微波源连接，控制系统5的输入端与探测器3及温度传感器9连接，控制系统5的输出端与加热电阻丝8及示波器22连接，调节预热电压和预热时间，完成装置的预热，调节控制系统进入稳态，达到稳定状态时示波器22电压值稳定，此时可开展微波测量。测量装置吸收微波后，探测器3内的液面升高，探测器3内液面的变化经控制系统5处理后在示波器22上以电压值的变化反应出来，测量前后示波器电压变化曲线如图6所示。

图2是本发明的内部结构示意图。图3是本发明的纹波吸收面。图4是本发明中的吸收体内结构图。图5是本发明中的探测器结构图。

图2~5中，过渡连接段1与金属屏蔽层6采用法兰盘形式连接，法兰盘螺丝穿过吸收体2，通过螺丝压紧过渡连接段1、吸收体2的聚四氟乙烯前板14和.聚四氟乙烯后板15以及金属屏蔽层6，保温层13贴附在金属屏蔽层6上。吸收液7由位于吸收体2正上方的入水口10注入，由位于吸收体2正下方的出水口11倾泻。探测器3位于吸收体2的侧边，并保持与水平的倾斜角度在10°到20°之间，探测器3为同轴结构的电阻型传感器。

不锈钢材质的探测器外导体19和探测器内导体20分别是电阻器的两个电极，吸收液7填充在内外金属导体之间，探测器的外导体19体与金属屏蔽层6连接。加热电阻丝8和温度传感器9固定在吸收体2的内部，通过金属螺杆引出四个连接头至保温层13外。

能量测量装置在对被测微波源进行测量前，需要先用标准微波源进行标定以得到相应的电压-能量校准曲线，典型电压-能量校准曲线如图7所示。当能量计对被测微波源或微波源进行测量时，根据测得的电压值结合电压-能量校准曲线得到被测能量的大小，利用本发明的能量测量装置进行测量的具体步骤为：

步骤1：能量测量装置的预热。打开能量测量装置的入水口，调节控制系统的加热电压，记录装置吸收体的初始温度T₀，控制预热时间，对装置进行预热。

步骤2：能量测量装置进入稳态。预热完成后，关闭入水口，打开探测器的通气孔，控制系统调节测量装置慢慢进入稳定状态，达到稳定状态时，能量测量装置探测器的液位稳定，即示波器输出电压U₀稳定，记录此时能量计的稳态温度T₁，保证稳态温度T₁高于初始温度T₀>

步骤3：采用标准微波源标定能量测量装置的电压-能量校准曲线。在稳定状态下，标准微波源对能量计进行校准，以得到电压-能量校准曲线。标准微波源与能量测量装置连接后，调节标准微波源的输出功率和脉冲时间以获得标准能量，标准微波源输出一定能量的信号后，探测器内液位升高，示波器输出电压值随之增大，当示波器输出值达到最大值U_max后，保持较短时间后慢慢回落再次进入稳定状态，此次测量电压变化值为U_J=U_max-U₀。依次调节标准微波源输出功率和脉冲时间，获得不同大小的标准能量时能量测量装置的电压输出值，得到能量测量装置的电压-能量校准曲线。

步骤4：能量测量装置对被测微波信号进行测量。在稳定状态下，能量测量装置对被测微波源或微波源进行测量。被测微波源输出信号后，依据步骤3得到示波器输出电压的变化值U_m，根据电压-能量校准曲线得到被测能量Q_m。