專利名稱：一種測(cè)量微波介質(zhì)透鏡天線焦斑焦距的裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微波技術(shù)領(lǐng)域，它特別涉及測(cè)量微波介質(zhì)透鏡天線焦斑焦距技術(shù)。
背景技術(shù)：
眾所周知，微波介質(zhì)透鏡天線4由饋入波導(dǎo)1、喇叭2和介質(zhì)透鏡3構(gòu)成，如圖1所示。
像光波經(jīng)透鏡聚焦到焦平面一樣，微波透鏡天線能將微波聚焦到一個(gè)平面上很小的范圍，稱作焦斑，如圖2所示。如果定義場(chǎng)強(qiáng)值Ef滿足下述條件 的區(qū)域?yàn)榻拱?，Emax為最大場(chǎng)強(qiáng)，則該式實(shí)際上是以半功率密度定義的焦斑大小A，即3分貝焦斑5。如果改變A的大小，也就可以改變焦斑的定義。
理論上講，已知透鏡材料的折射率和透鏡的結(jié)構(gòu)尺寸，可以計(jì)算出給定波束經(jīng)透鏡聚焦后的焦斑和焦距。但是，由于加工制造的誤差，透鏡的結(jié)構(gòu)尺寸與設(shè)計(jì)參數(shù)總有一定差別，加上材料的折射率也可能有微小的變化，聚焦透鏡的焦斑和焦距都會(huì)與設(shè)計(jì)值有差別，最后要以測(cè)量結(jié)果為準(zhǔn)。
焦斑和焦距是透鏡天線的重要參數(shù)。在微波透鏡天線的許多應(yīng)用中，需要知道微波聚焦在什么位置及多大范圍內(nèi)。例如，在非均勻介質(zhì)微波測(cè)量中，需要將微波集中在某一位置通過(guò)，從而測(cè)量該位置處的物理特性。如果聚焦的位置和范圍不確定，就不能對(duì)需要測(cè)量范圍內(nèi)的參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量。又比如，在用微波透鏡天線進(jìn)行微波生物效應(yīng)試驗(yàn)及應(yīng)用中，如果不能準(zhǔn)確知道微波聚焦在什么位置的什么范圍內(nèi)，就不能準(zhǔn)確計(jì)量微波功率密度，也不能充分利用微波能量集中照射在某一小的范圍內(nèi)，以達(dá)到最佳的效果。假如測(cè)得了焦距的大小，我們還可以利用一對(duì)相同的天線，測(cè)量焦斑處一定范圍內(nèi)的平均功率密度。
微波透鏡材料一般有兩類一類是既能透光又能透微波(微波損耗小)的光學(xué)材料；另一類是不能透光但能透微波的介質(zhì)材料，如聚四氟乙烯、石英玻璃、高純度陶瓷等。光學(xué)材料做成的透鏡因能透光，可以用光學(xué)方法測(cè)量焦斑和焦距。光學(xué)透鏡雖然有焦斑、焦距能夠直接測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)，但由于微波的波長(zhǎng)比光波的波長(zhǎng)大很多，因而微波透鏡的口徑一般較大，致使用光學(xué)材料做透鏡加工難度大，價(jià)格昂貴，且容易打碎。
目前市售的微波介質(zhì)透鏡天線僅給出焦斑焦距的設(shè)計(jì)值，至今還未見(jiàn)測(cè)量微波介質(zhì)透鏡天線焦斑焦距值的方法報(bào)道。
發(fā)明方案本發(fā)明的任務(wù)是提供一種測(cè)量微波介質(zhì)透鏡天線焦斑焦距的裝置及方法，采用該方法可以方便地測(cè)量出微波介質(zhì)透鏡天線焦斑焦距的值。
本發(fā)明的一種測(cè)量微波介質(zhì)透鏡天線焦斑焦距的裝置包括微波介質(zhì)透鏡天線4，其特征是它還包括熱敏屏8、紅外熱成像儀10、導(dǎo)軌13和標(biāo)尺14。導(dǎo)軌13與標(biāo)尺14固定在一起；介質(zhì)透鏡天線4通過(guò)支架11固定在導(dǎo)軌13的一端；紅外熱成像儀10通過(guò)支架12固定于與微波天線4相對(duì)的導(dǎo)軌13的另一端；熱敏屏8固定在一非金屬框架7內(nèi)，如圖3所示，非金屬框架7通過(guò)一活動(dòng)支架9置于導(dǎo)軌13上，介于微波天線4與紅外熱成像儀10之間，該活動(dòng)支架9可以在導(dǎo)軌13上滑動(dòng)并經(jīng)標(biāo)尺14指示其位置；調(diào)整透鏡天線4、非金屬框架7和紅外熱成像儀10，使微波天線4、熱敏屏8和紅外熱成像儀10三者保持在一條直線上，如圖4所示。
利用本發(fā)明的一種測(cè)量微波介質(zhì)透鏡天線焦斑焦距的裝置測(cè)量微波介質(zhì)透鏡天線焦斑焦距的方法，其特征是采用下面的步驟步驟1、將活動(dòng)支架9預(yù)置于被測(cè)微波介質(zhì)透鏡天線4理論上設(shè)計(jì)的焦點(diǎn)位置，記下此時(shí)標(biāo)尺14所示活動(dòng)支架9的位置；步驟2、調(diào)節(jié)紅外熱成像儀10焦距，使其聚焦在位于活動(dòng)支架9上的熱敏屏8上；步驟3、從被測(cè)微波介質(zhì)透鏡天線4入口(饋入波導(dǎo)1)饋入功率適中的連續(xù)微波，該連續(xù)微波波束經(jīng)被測(cè)微波介質(zhì)透鏡天線4發(fā)射到熱敏屏8上，熱敏屏8吸收微波后屏面溫度發(fā)生變化；步驟4、紅外熱成像儀10記錄熱敏屏8上的溫度分布，得到熱敏屏8上的熱圖，通過(guò)紅外熱成像儀數(shù)據(jù)處理軟件將熱敏屏8上的溫度分布轉(zhuǎn)換為入射微波場(chǎng)強(qiáng)分布，并顯示出來(lái)；步驟5、由步驟4得到的熱敏屏8的熱圖，就可以計(jì)算出熱敏屏8上3分貝焦斑的大小，將結(jié)果記錄于記錄表中；
步驟6、向被測(cè)微波介質(zhì)透鏡天線4方向微調(diào)活動(dòng)支架9位置M(M為自然數(shù))次，每次微調(diào)活動(dòng)支架9位置均重復(fù)步驟1～步驟5，記錄下每次活動(dòng)支架9位置及其對(duì)應(yīng)的熱敏屏8上3分貝焦斑大小；步驟7、向紅外熱成像儀10方向微調(diào)活動(dòng)支架9位置N(N為自然數(shù))次，每次微調(diào)活動(dòng)支架9位置均重復(fù)步驟1～步驟5，記錄下每次活動(dòng)支架9位置及其對(duì)應(yīng)的熱敏屏8上3分貝焦斑大?。徊襟E8、比較步驟6、步驟7的測(cè)量結(jié)果，確定熱敏屏8上3分貝焦斑最小時(shí)活動(dòng)支架9的位置，這時(shí)測(cè)得的即是較真實(shí)的3分貝焦斑的大小，此時(shí)活動(dòng)支架9的位置對(duì)應(yīng)焦點(diǎn)位置，這樣3分貝焦斑大小和焦點(diǎn)位置就測(cè)定了。
需要說(shuō)明的是上面所述的向被測(cè)微波介質(zhì)透鏡天線4方向微調(diào)活動(dòng)支架9位置M(M為自然數(shù))次、向紅外熱成像儀10方向微調(diào)活動(dòng)支架9位置N(N為自然數(shù))次，M和N的取值大小可以根據(jù)測(cè)量的實(shí)際需要確定，一般地，M和N的取值大，每次微調(diào)活動(dòng)支架9的距離越小，測(cè)量的精度就越高；所述的紅外熱成像儀數(shù)據(jù)處理軟件可以采用紅外熱成像儀廠家提供的軟件。
綜上所述，本發(fā)明提供的一種測(cè)量微波介質(zhì)透鏡天線焦斑焦距的裝置及其測(cè)量方法，能夠方便地測(cè)量不能透光但能透微波的微波介質(zhì)透鏡天線焦斑和焦距的值。由于聚四氟乙烯等材料做成的微波介質(zhì)透鏡較光學(xué)透鏡加工容易得多，價(jià)格又低得多，其價(jià)格只有光學(xué)透鏡的大約1/5～1/10，且不易損壞、堅(jiān)固耐用，在解決了焦斑和焦距的測(cè)量問(wèn)題后，其應(yīng)用必將更廣泛，并且天線成本大大降低，必然會(huì)帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。


圖1微波介質(zhì)透鏡天線的構(gòu)成示意圖其中1.饋入波導(dǎo)，即微波介質(zhì)透鏡天線4入口，2.喇叭，3.介質(zhì)透鏡，4.微波介質(zhì)透鏡天線；圖2以焦斑為中心的橫截面上的場(chǎng)分布示意圖其中5.3分貝焦斑，6.其它場(chǎng)區(qū)；圖3固定熱敏屏的非金屬框架結(jié)構(gòu)示意圖其中7.非金屬框架，8.熱敏屏，9.支架；圖4測(cè)量微波介質(zhì)透鏡天線焦斑焦距的裝置其中4.微波介質(zhì)透鏡天線，7.非金屬框架，8.熱敏屏，9.活動(dòng)支架，10.紅外熱成像儀，11.支架，12.支架，13.導(dǎo)軌，14.標(biāo)尺；圖5微波介質(zhì)透鏡天線焦斑焦距測(cè)量記錄表其中M≥2，N≥2。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)以焦斑直徑小于10mm，焦距200mm微波介質(zhì)透鏡天線為例，說(shuō)明利用本發(fā)明提供的裝置測(cè)量微波介質(zhì)透鏡天線焦斑焦距的方法進(jìn)行微波介質(zhì)透鏡天線焦斑和焦距值測(cè)量步驟1、將活動(dòng)支架9預(yù)置于被測(cè)微波介質(zhì)透鏡天線4理論上設(shè)計(jì)的焦點(diǎn)位置，即距透鏡中心200mm處，在測(cè)量記錄表中記下此時(shí)標(biāo)尺14所示活動(dòng)支架9的位置；步驟2、調(diào)節(jié)紅外熱成像儀10焦距，使其聚焦在位于活動(dòng)支架9上的熱敏屏8上；步驟3、從被測(cè)微波介質(zhì)透鏡天線4入口(饋入波導(dǎo)1)饋入功率2～10W的連續(xù)微波，該連續(xù)微波波束經(jīng)被測(cè)微波介質(zhì)透鏡天線4發(fā)射到熱敏屏8上，熱敏屏8吸收微波后屏面溫度發(fā)生變化；步驟4、紅外熱成像儀10記錄熱敏屏8上的溫度分布，得到熱敏屏8上的熱圖，通過(guò)紅外熱成像儀數(shù)據(jù)處理軟件將熱敏屏8上的溫度分布轉(zhuǎn)換為入射微波場(chǎng)強(qiáng)分布，并顯示出來(lái)；步驟5、由步驟4得到的熱敏屏8的熱圖，就可以計(jì)算出熱敏屏8上3分貝焦斑的直徑為9.5mm，將結(jié)果記錄于記錄表中；步驟6、向被測(cè)微波介質(zhì)透鏡天線4方向微調(diào)活動(dòng)支架9位置2次，使其分別距透鏡中心199mm和198mm，每次微調(diào)活動(dòng)支架9位置均重復(fù)步驟1～步驟5，記錄下每次活動(dòng)支架9位置及其對(duì)應(yīng)的熱敏屏8上3分貝焦斑大??；步驟7、向紅外熱成像儀10方向微調(diào)活動(dòng)支架9位置4次，使其分別距透鏡中心201mm、202mm、203mm和204mm，每次微調(diào)活動(dòng)支架9位置均重復(fù)步驟1～步驟5，記錄下每次活動(dòng)支架9位置及其對(duì)應(yīng)的熱敏屏8上3分貝焦斑大??；步驟8、比較步驟6和步驟7的測(cè)量結(jié)果，可以看出，當(dāng)活動(dòng)支架9位于距透鏡中心202mm處時(shí)熱敏屏8上3分貝焦斑最小，直徑為9.0mm，即被測(cè)的微波介質(zhì)透鏡天線的3分貝焦斑直徑是9.0mm，焦距是202mm。
權(quán)利要求
1.一種測(cè)量微波介質(zhì)透鏡天線焦斑焦距的裝置，包括微波介質(zhì)透鏡天線(4)，其特征是它還包括熱敏屏(8)、紅外熱成像儀(10)、導(dǎo)軌(13)、標(biāo)尺(14)。導(dǎo)軌(13)與標(biāo)尺(14)固定在一起；介質(zhì)透鏡天線(4)通過(guò)支架(11)固定在導(dǎo)軌(13)的一端；紅外熱成像儀(10)通過(guò)支架(12)固定于與微波天線(4)相對(duì)的導(dǎo)軌(13)的另一端；熱敏屏(8)固定在一非金屬框架(7)內(nèi)，非金屬框架(7)通過(guò)一活動(dòng)支架(9)置于導(dǎo)軌(13)上，介于微波天線(4)與紅外熱成像儀(10)之間，該支架(9)可以在導(dǎo)軌(13)上滑動(dòng)并經(jīng)標(biāo)尺(14)指示其位置；調(diào)整透鏡天線(4)、非金屬框架(7)和紅外熱成像儀(10)，使微波天線(4)、熱敏屏(8)和紅外熱成像儀(10)三者保持在一條直線上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種測(cè)量微波介質(zhì)透鏡天線焦斑焦距的裝置，使用該裝置測(cè)量微波介質(zhì)透鏡天線焦斑焦距的方法，其特征是采用下面的步驟步驟1、將活動(dòng)支架(9)預(yù)置于被測(cè)微波介質(zhì)透鏡天線(4)理論上設(shè)計(jì)的焦點(diǎn)位置，記下此時(shí)標(biāo)尺(14)所示活動(dòng)支架(9)的位置；步驟2、調(diào)節(jié)紅外熱成像儀(10)焦距，使其聚焦在位于活動(dòng)支架(9)上的熱敏屏(8)上；步驟3、從被測(cè)微波介質(zhì)透鏡天線(4)入口(饋入波導(dǎo)(1))饋入功率適中的連續(xù)微波，該連續(xù)微波波束經(jīng)被測(cè)微波介質(zhì)透鏡天線(4)發(fā)射到熱敏屏(8)上，熱敏屏(8)吸收微波后屏面溫度發(fā)生變化；步驟4、紅外熱成像儀(10)記錄熱敏屏(8)上的溫度分布，得到熱敏屏(8)上的熱圖，通過(guò)紅外熱成像儀數(shù)據(jù)處理軟件將熱敏屏(8)上的溫度分布轉(zhuǎn)換為入射微波場(chǎng)強(qiáng)分布，并顯示出來(lái)；步驟5、由步驟4得到的熱敏屏(8)的熱圖，就可以計(jì)算出熱敏屏(8)上3分貝焦斑的大??；步驟6、向被測(cè)微波介質(zhì)透鏡天線(4)方向微調(diào)活動(dòng)支架(9)位置M(M為自然數(shù))次，每次微調(diào)活動(dòng)支架(9)位置均重復(fù)步驟1～步驟5，記錄下每次活動(dòng)支架(9)位置及其對(duì)應(yīng)的熱敏屏(8)上3分貝焦斑大小；步驟7、向紅外熱成像儀(10)方向微調(diào)活動(dòng)支架(9)位置N(N為自然數(shù))次，每次微調(diào)活動(dòng)支架(9)位置均重復(fù)步驟1～步驟5，記錄下每次活動(dòng)支架(9)位置及其對(duì)應(yīng)的熱敏屏(8)上3分貝焦斑大?。徊襟E8、比較步驟6、步驟7的測(cè)量結(jié)果，確定熱敏屏(8)上3分貝焦斑最小時(shí)活動(dòng)支架(9)的位置，這時(shí)測(cè)得的即是較真實(shí)的3分貝焦斑的大小，此時(shí)活動(dòng)支架(9)的位置對(duì)應(yīng)焦點(diǎn)位置，這樣3分貝焦斑大小和焦點(diǎn)位置就測(cè)定了。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種測(cè)量微波介質(zhì)透鏡天線焦斑焦距的裝置，其特征是導(dǎo)軌13與標(biāo)尺14固定在一起；介質(zhì)透鏡天線4通過(guò)支架11固定在導(dǎo)軌13的一端；紅外熱成像儀10通過(guò)支架12固定于與微波天線4相對(duì)的導(dǎo)軌13的另一端；熱敏屏8固定在一非金屬框架7內(nèi)，非金屬框架7通過(guò)一活動(dòng)支架9置于導(dǎo)軌13上，介于微波天線4與紅外熱成像儀10之間，該支架9可以在導(dǎo)軌13上滑動(dòng)并經(jīng)標(biāo)尺14指示其位置。采用該裝置可以方便地測(cè)量出微波介質(zhì)透鏡天線焦斑和焦距的值。
文檔編號(hào)G01S7/40GK1619320SQ200310110978
公開(kāi)日2005年5月25日 申請(qǐng)日期2003年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月18日
發(fā)明者余國(guó)芬, 王文祥, 孫嘉鴻, 楊顯志 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)