專利名稱：一種測量微波介質(zhì)透鏡天線焦斑焦距的裝置及方法
技術領域：
本發(fā)明屬于微波技術領域，它特別涉及測量微波介質(zhì)透鏡天線焦斑焦距技術。
背景技術：
眾所周知，微波介質(zhì)透鏡天線4由饋入波導1、喇叭2和介質(zhì)透鏡3構成，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平面上很小的范圍，稱作焦斑，如圖2所示。如果定義場強值Ef滿足下述條件 的區(qū)域為焦斑，Emax為最大場強，則該式實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)構尺寸，可以計算出給定波束經(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)構尺寸與設計參數(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與設計值有差別，最后要以測量結(jié)果為準。
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)微波測量中，需要將微波集中在某一位置通過，從而測量該位置處的物理特性。如果聚焦的位置和范圍不確定，就不能對需要測量范圍內(nèi)的參數(shù)進行準確測量。又比如，在用微波透鏡天線進行微波生物效應試驗及應用中，如果不能準確知道微波聚焦在什么位置的什么范圍內(nèi)，就不能準確計量微波功率密度，也不能充分利用微波能量集中照射在某一小的范圍內(nèi)，以達到最佳的效果。假如測得了焦距的大小，我們還可以利用一對相同的天線，測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。光學材料做成的透鏡因能透光，可以用光學方法測量焦斑和焦距。光學透鏡雖然有焦斑、焦距能夠直接測量的優(yōu)點，但由于微波的波長比光波的波長大很多，因而微波透鏡的口徑一般較大，致使用光學材料做透鏡加工難度大，價格昂貴，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計值，至今還未見測量微波介質(zhì)透鏡天線焦斑焦距值的方法報道。
發(fā)明方案本發(fā)明的任務是提供一種測量微波介質(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、導軌13和標尺14。導軌13與標尺14固定在一起；介質(zhì)透鏡天線4通過支架11固定在導軌13的一端；紅外熱成像儀10通過支架12固定于與微波天線4相對的導軌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通過一活動支架9置于導軌13上，介于微波天線4與紅外熱成像儀10之間，該活動支架9可以在導軌13上滑動并經(jīng)標尺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)明的一種測量微波介質(zhì)透鏡天線焦斑焦距的裝置測量微波介質(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、將活動支架9預置于被測微波介質(zhì)透鏡天線4理論上設計的焦點位置，記下此時標尺14所示活動支架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支架9上的熱敏屏8上；步驟3、從被測微波介質(zhì)透鏡天線4入口(饋入波導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)換為入射微波場強分布，并顯示出來；步驟5、由步驟4得到的熱敏屏8的熱圖，就可以計算出熱敏屏8上3分貝焦斑的大小，將結(jié)果記錄于記錄表中；
步驟6、向被測微波介質(zhì)透鏡天線4方向微調(diào)活動支架9位置M(M為自然數(shù))次，每次微調(diào)活動支架9位置均重復步驟1～步驟5，記錄下每次活動支架9位置及其對應的熱敏屏8上3分貝焦斑大?。徊襟E7、向紅外熱成像儀10方向微調(diào)活動支架9位置N(N為自然數(shù))次，每次微調(diào)活動支架9位置均重復步驟1～步驟5，記錄下每次活動支架9位置及其對應的熱敏屏8上3分貝焦斑大??；步驟8、比較步驟6、步驟7的測量結(jié)果，確定熱敏屏8上3分貝焦斑最小時活動支架9的位置，這時測得的即是較真實的3分貝焦斑的大小，此時活動支架9的位置對應焦點位置，這樣3分貝焦斑大小和焦點位置就測定了。
需要說明的是上面所述的向被測微波介質(zhì)透鏡天線4方向微調(diào)活動支架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)測量的實際需要確定，一般地，M和N的取值大，每次微調(diào)活動支架9的距離越小，測量的精度就越高；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)明提供的一種測量微波介質(zhì)透鏡天線焦斑焦距的裝置及其測量方法，能夠方便地測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)透鏡較光學透鏡加工容易得多，價格又低得多，其價格只有光學透鏡的大約1/5～1/10，且不易損壞、堅固耐用，在解決了焦斑和焦距的測量問題后，其應用必將更廣泛，并且天線成本大大降低，必然會帶來可觀的經(jīng)濟效益。


圖1微波介質(zhì)透鏡天線的構成示意圖其中1.饋入波導，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分布示意圖其中5.3分貝焦斑，6.其它場區(qū)；圖3固定熱敏屏的非金屬框架結(jié)構示意圖其中7.非金屬框架，8.熱敏屏，9.支架；圖4測量微波介質(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.活動支架，10.紅外熱成像儀，11.支架，12.支架，13.導軌，14.標尺；圖5微波介質(zhì)透鏡天線焦斑焦距測量記錄表其中M≥2，N≥2。
具體實施例方式
現(xiàn)以焦斑直徑小于10mm，焦距200mm微波介質(zhì)透鏡天線為例，說明利用本發(fā)明提供的裝置測量微波介質(zhì)透鏡天線焦斑焦距的方法進行微波介質(zhì)透鏡天線焦斑和焦距值測量步驟1、將活動支架9預置于被測微波介質(zhì)透鏡天線4理論上設計的焦點位置，即距透鏡中心200mm處，在測量記錄表中記下此時標尺14所示活動支架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支架9上的熱敏屏8上；步驟3、從被測微波介質(zhì)透鏡天線4入口(饋入波導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)換為入射微波場強分布，并顯示出來；步驟5、由步驟4得到的熱敏屏8的熱圖，就可以計算出熱敏屏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、向被測微波介質(zhì)透鏡天線4方向微調(diào)活動支架9位置2次，使其分別距透鏡中心199mm和198mm，每次微調(diào)活動支架9位置均重復步驟1～步驟5，記錄下每次活動支架9位置及其對應的熱敏屏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)活動支架9位置均重復步驟1～步驟5，記錄下每次活動支架9位置及其對應的熱敏屏8上3分貝焦斑大??；步驟8、比較步驟6和步驟7的測量結(jié)果，可以看出，當活動支架9位于距透鏡中心202mm處時熱敏屏8上3分貝焦斑最小，直徑為9.0mm，即被測的微波介質(zhì)透鏡天線的3分貝焦斑直徑是9.0mm，焦距是202mm。
權利要求
1.一種測量微波介質(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)、導軌(13)、標尺(14)。導軌(13)與標尺(14)固定在一起；介質(zhì)透鏡天線(4)通過支架(11)固定在導軌(13)的一端；紅外熱成像儀(10)通過支架(12)固定于與微波天線(4)相對的導軌(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)通過一活動支架(9)置于導軌(13)上，介于微波天線(4)與紅外熱成像儀(10)之間，該支架(9)可以在導軌(13)上滑動并經(jīng)標尺(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)權利要求1所述的一種測量微波介質(zhì)透鏡天線焦斑焦距的裝置，使用該裝置測量微波介質(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、將活動支架(9)預置于被測微波介質(zhì)透鏡天線(4)理論上設計的焦點位置，記下此時標尺(14)所示活動支架(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支架(9)上的熱敏屏(8)上；步驟3、從被測微波介質(zhì)透鏡天線(4)入口(饋入波導(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)換為入射微波場強分布，并顯示出來；步驟5、由步驟4得到的熱敏屏(8)的熱圖，就可以計算出熱敏屏(8)上3分貝焦斑的大小；步驟6、向被測微波介質(zhì)透鏡天線(4)方向微調(diào)活動支架(9)位置M(M為自然數(shù))次，每次微調(diào)活動支架(9)位置均重復步驟1～步驟5，記錄下每次活動支架(9)位置及其對應的熱敏屏(8)上3分貝焦斑大??；步驟7、向紅外熱成像儀(10)方向微調(diào)活動支架(9)位置N(N為自然數(shù))次，每次微調(diào)活動支架(9)位置均重復步驟1～步驟5，記錄下每次活動支架(9)位置及其對應的熱敏屏(8)上3分貝焦斑大??；步驟8、比較步驟6、步驟7的測量結(jié)果，確定熱敏屏(8)上3分貝焦斑最小時活動支架(9)的位置，這時測得的即是較真實的3分貝焦斑的大小，此時活動支架(9)的位置對應焦點位置，這樣3分貝焦斑大小和焦點位置就測定了。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種測量微波介質(zhì)透鏡天線焦斑焦距的裝置，其特征是導軌13與標尺14固定在一起；介質(zhì)透鏡天線4通過支架11固定在導軌13的一端；紅外熱成像儀10通過支架12固定于與微波天線4相對的導軌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通過一活動支架9置于導軌13上，介于微波天線4與紅外熱成像儀10之間，該支架9可以在導軌13上滑動并經(jīng)標尺14指示其位置。采用該裝置可以方便地測量出微波介質(zhì)透鏡天線焦斑和焦距的值。
文檔編號G01S7/40GK1619320SQ200310110978
公開日2005年5月25日 申請日期2003年11月18日 優(yōu)先權日2003年11月18日
發(fā)明者余國芬, 王文祥, 孫嘉鴻, 楊顯志 申請人:電子科技大學