專利名稱：一種雙圓錐腔體串聯(lián)結(jié)構(gòu)毫米波黑體輻射定標(biāo)源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種雙圓錐腔體串聯(lián)結(jié)構(gòu)的毫米波黑體輻射定標(biāo)源。該黑體是適用于遙感衛(wèi)
M^皿Hlt計星上Mgfe^工作的定標(biāo)負(fù)載，亦可用于*#毫米波設(shè)備的定標(biāo)工作。
背景技術(shù)：
毫米波遙感技術(shù)作為遙感衛(wèi)星的重要觀測手段，用于獲取天空、地面、大氣和海洋等觀測對象的信息。星載微波輻射計作為亳米波遙感主要觀測設(shè)備，在設(shè)計和使用過程中，需要對觀測到的能量輻射進(jìn)行準(zhǔn)確的標(biāo)定和校準(zhǔn)，以在變化的環(huán)境條件和設(shè)備狀態(tài)下保證測量數(shù)值的準(zhǔn)確性和一致性。這一要求通過對作為標(biāo)準(zhǔn)定標(biāo)負(fù)載的黑體輻射定標(biāo)源的觀測來滿足。
黑體是一種理想物理狀態(tài)的物體，它能夠完全吸收外界能量輻射，在熱平衡狀態(tài)下其能
量輻射確定。根據(jù)黑體輻射定律，在熱平衡狀態(tài)下，黑體在任意頻率點上的能量輻射強度只由其自身波長與溫度決定。這種能量輻射強度與溫度和波長具備穩(wěn)定的函數(shù)關(guān)系，且精確可控可度量的物體被認(rèn)為是理想的定標(biāo)參考對象，稱為黑體定標(biāo)源。
不同于理想黑體，實際的黑體定標(biāo)源必然存在反射，不可能做到完全吸收入射波。定標(biāo)源的反射率受到其基本結(jié)構(gòu)的影響。尋找一種吸收率接近于1，具備近似黑體輻射性能，能在較高精度下為微波輻射計的定標(biāo)工作服務(wù)的定標(biāo)源結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，對于提高衛(wèi)星毫米波遙感技術(shù)的觀測精度具有重要的^f介值。
現(xiàn)有的亳米波黑體輻射定標(biāo)源通常釆用由多個較小的外凸方椎尖或多個圓錐尖或其他形式的錐尖排列而成的陣列；也有采用平行排列的多個棱脊的形式；同時還有采用單個較大的腔體——如圓錐腔體、方錐腔體或v形截面深槽腔體的。與某些設(shè)備不同，對亳米波黑體輻射定標(biāo)源來講，采用何種結(jié)構(gòu)和該結(jié)構(gòu)的具體尺寸參數(shù)對特定工作條件下的性能表現(xiàn)有著顯著的影響，某些情況下較小的尺寸差異就可能帶了很大的性能偏移。所以，尋找設(shè)計一種高效的亳米波黑體輻射定標(biāo)源結(jié)構(gòu)，確定該結(jié)構(gòu)在工作條一定件下適當(dāng)?shù)臏?zhǔn)確尺寸參數(shù)，嘗試獲得更優(yōu)異的性能對于微波輻射計的性能優(yōu)化是一件很有意義的工作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種雙圓錐腔體串聯(lián)結(jié)構(gòu)的亳米波黑體輻射定標(biāo)源，為星基微波輻射計提供高精度的定標(biāo)負(fù)載，實現(xiàn)亳米波遙感觀測的定量化，提高觀測精度。
本發(fā)明一種雙圓錐腔體串聯(lián)結(jié)構(gòu)亳米波黑體輻射定標(biāo)源，整體為金屬材料制成圓柱體結(jié)構(gòu)。
腔體口面位于圓柱體結(jié)構(gòu)頂部中心位置，從腔體口面沿圓柱體中心軸線向圓柱體內(nèi)側(cè)依次為圓臺腔、過渡腔、圓錐腔，圓臺腔、過渡腔、圓錐腔串連形成一體化腔體結(jié)構(gòu)，在腔體
內(nèi)壁涂覆有吸波材料；
所述的過渡腔為圓臺結(jié)構(gòu)，并且過渡腔的上底面直徑等于圓臺腔的下底面直徑，過渡腔的下底面直徑等于圓錐腔的底面直徑；
所述圓臺腔為圓錐腔截去部分錐尖所得，上底面直徑大于下底面直徑；過渡腔上底面直徑小于下底面直徑；
所述圓滑過渡唇邊為圓臺腔上底面內(nèi)壁圓滑過渡到腔體口面的一圈圓弧狀的過渡部分。所述圓臺腔上底面直徑"、過渡腔下底面直徑6與圓錐腔底面直徑c以及圓錐腔高&相等，圓臺腔母線與中軸線夾角"與圓錐腔半錐角0相等。
本發(fā)明優(yōu)點在于
1、 本發(fā)明一種雙圓錐腔體串聯(lián)結(jié)構(gòu)毫米波黑體輻射定標(biāo)源，降低了從口面入射的輻射能
量在腔體內(nèi)傳播過程中從口面反射返回的概率，使其在腔體內(nèi)反復(fù)反射和被吸收；
2、 本發(fā)明一種雙圓錐腔體串聯(lián)結(jié)構(gòu)毫米波黑體輻射定標(biāo)源，通過對腔體內(nèi)壁涂覆深度的控制，在提高黑體源腔體內(nèi)壁對輻射能量的吸收率的同時，改善了由于涂覆厚度過深導(dǎo)熱性變差影響黑體定標(biāo)源溫度一致性的問題。


圖1為本發(fā)明一種雙圓錐腔體串聯(lián)結(jié)構(gòu)毫米波黑體輻射定標(biāo)源結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
下面通過附圖來對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
本發(fā)明一種雙圓錐腔體串聯(lián)結(jié)構(gòu)毫米波黑體輻射定標(biāo)源，如圖l所示，整體為金屬材料制成圓柱體6結(jié)構(gòu)。圓柱體6中心有自上而下由圓滑過渡唇邊1、圓臺腔2、過渡腔3、圓錐腔4串連而成的一體化腔體結(jié)構(gòu)，腔體口面7在圓柱體6頂部中心位置。
所述圓臺腔2為圓臺結(jié)構(gòu)，上底面直徑大于下底面直徑，其上底面與圓柱體6頂部腔體口面7 口面連通。
下圓錐腔4為一圓錐結(jié)構(gòu)，倒置在圓柱體6內(nèi)部。
過渡腔3為一圓臺結(jié)構(gòu)。過渡腔3上底面與圓臺腔2下底面連通，避免了單一錐體結(jié)構(gòu)錐頂部位的強反射。過渡腔3下底面與圓錐腔4底面連通，使經(jīng)圓臺腔2反射進(jìn)入圓錐腔4的能量在圓錐腔4內(nèi)部再次多次反射和吸收，進(jìn)一步減少了從圓錐腔4回到圓臺腔2，并從圓臺腔2上底面返回的微波能量。
圓滑過渡唇邊1為圓臺腔上底面內(nèi)壁圓滑過渡到腔體口面7的一圈圓弧狀的過渡部分。
在腔體內(nèi)壁上按要求的厚度涂上吸波材料5，以提高壁面對輻射能量的吸收率。
實施例1 :
所示圓臺腔2為圓錐腔截去部分錐尖所得，上底面直徑a 、過渡腔3下底面直徑6與圓錐腔4底面直徑e以及圓錐腔4高A相等，圓臺腔2母線與中軸線夾角"與圓錐腔4半錐角0相等，圓臺腔2下底面直徑"與過渡腔3上底面直徑6'相等。
對于黑體定標(biāo)源來說，細(xì)微的尺寸不同就可能帶來很大的性能差距。椎體高一點或低一
5點，底邊大一點或小一點的性能表現(xiàn)差距是非常的大的。通過優(yōu)化腔體尺寸結(jié)構(gòu)，盡可能的 將進(jìn)入下腔體的微波能量約束在下腔體內(nèi)，減少返回上腔體的能量，最終有效控制了從腔體 口面7回到自由空間的能量，實現(xiàn)了黑體定標(biāo)源低反射率的設(shè)計指標(biāo)。
因此通過計算仿真得出圓臺腔2上底面直徑a 、過渡腔下底面直徑6與圓錐腔4底面直 徑c以及圓錐腔4高A均為78mm。圓臺腔2下底面直徑"與過渡腔3上底面直徑6'均為 14.40mm。圓臺腔2高A為63.60 mm，過渡腔3高為41.90 mm。圓臺腔2母線與中軸 線夾角《與圓錐腔4半錐角0均為26.57° ，過渡腔3母線與中軸線夾角y9為37.2(T 。圓 滑過渡唇邊1的曲率半徑r為10mm。
腔體內(nèi)壁涂覆厚度/為3mm的cr-l 12吸波材料5，以提高壁面對輻射能量的吸收率。 過渡腔3高41.90mm。下底面直徑為36 mm，上底面直徑為7.2 mm。
圓滑過渡唇邊1的曲率直徑為10mm。
該雙圓錐腔體串聯(lián)結(jié)構(gòu)亳米波黑體輻射定標(biāo)源在以89GHz為中心頻點的一定帶寬內(nèi)，反 射率可以達(dá)到-59.8dB，與之等深度等口面直徑的單一圓錐腔體亳米波黑體輻射定標(biāo)源在同 樣條件下反射率為-49dB,性能有著顯著的提高。
黑體定標(biāo)源反射率主要由內(nèi)腔幾何結(jié)構(gòu)和尺寸關(guān)系決定，在保持結(jié)構(gòu)不變的情況下，按 比例縮放上述結(jié)構(gòu)尺寸，實質(zhì)上不改變黑體定標(biāo)源結(jié)構(gòu)在對輻射能量的吸收上的作用效果。
權(quán)利要求
1、一種雙圓錐腔體串聯(lián)結(jié)構(gòu)毫米波黑體輻射定標(biāo)源，其特征在于腔體口面位于圓柱體結(jié)構(gòu)頂部中心位置，從腔體口面沿圓柱體中心軸線向圓柱體內(nèi)側(cè)依次為圓臺腔、過渡腔、圓錐腔，圓臺腔、過渡腔、圓錐腔串連形成一體化腔體結(jié)構(gòu)，在腔體內(nèi)壁涂覆有吸波材料；所述的過渡腔為圓臺結(jié)構(gòu)，并且過渡腔的上底面直徑等于圓臺腔的下底面直徑，過渡腔的下底面直徑等于圓錐腔的底面直徑；所述圓臺腔上底面直徑大于下底面直徑；過渡腔上底面直徑小于下底面直徑；所述圓滑過渡唇邊為圓臺腔上底面內(nèi)壁圓滑過渡到腔體口面的一圈圓弧狀的過渡部分。
2、 如權(quán)利要求1所述一種雙圓錐腔體串聯(lián)結(jié)構(gòu)毫米波黑體輻射定標(biāo)源，其特征在于 所述圓臺腔上底面直徑fl 、過渡腔下底面直徑6與圓錐腔底面直徑c以及圓錐腔高A均為 78mm;圓臺腔下底面直徑a'與過渡腔上底面直徑6'均為14.40mm;圓臺腔高A為 63.60mm，過渡腔高為41.90mm;圓臺腔母線與中軸線夾角a與圓錐腔半錐角0均為 26.57° ;過渡腔母線與中軸線夾角P為37.20° ，過渡腔高p為41.90 mm;下底面直徑6 為36mm，上底面直徑6為7.2 mm;腔體口面圓滑過渡唇邊的曲率直徑r為10mm。
3、 如權(quán)利要求1或2所述一種雙圓錐腔體串聯(lián)結(jié)構(gòu)毫米波黑體輻射定標(biāo)源，其特征在 于所述圓臺腔上底面直徑"、過渡腔下底面直徑6與圓錐腔底面直徑c以及圓錐腔高A;相等， 圓臺腔母線與中軸線夾角"與圓錐腔半錐角^相等。
4、 如權(quán)利要求1或2所述一種雙畫錐腔體串聯(lián)結(jié)構(gòu)毫米波黑體輻射定標(biāo)源，其特征在 于所述腔體內(nèi)壁涂覆厚度/為3mm的cr-112吸波材料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種雙圓錐腔體串聯(lián)結(jié)構(gòu)毫米波黑體輻射定標(biāo)源，整體為圓柱體形狀，為金屬材料制成圓柱體結(jié)構(gòu)。在圓柱體中心自上而下設(shè)有由圓滑過渡唇邊、圓臺腔、過渡段、圓錐腔串連而成的一體化腔體結(jié)構(gòu)，腔體口面在圓柱體頂部中心位置。腔體內(nèi)壁吸波材料涂覆層是在腔體內(nèi)壁上按要求的厚度涂上的吸波材料。本發(fā)明降低了從口面入射的輻射能量在腔體內(nèi)傳播過程中從口面反射返回的概率，使其在腔體內(nèi)多次反射并被吸收。通過對涂覆深度的控制，在提高黑體源腔體內(nèi)壁對輻射能量的吸收率的同時，改善了由于涂覆厚度過深導(dǎo)熱性變差影響黑體定標(biāo)源溫度一致性的問題。
文檔編號G01J5/52GK101666684SQ20091009348
公開日2010年3月10日 申請日期2009年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月28日
發(fā)明者劉大偉, 明 白, 東 肖, 胡岸勇, 苗俊剛, 寧 馬 申請人:北京航空航天大學(xué)