專利名稱：等離子體包覆材料的雷達(dá)反射特性測量裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微波/雷達(dá)探測技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種等離子體包覆材料的雷達(dá)反射特性測量裝置及方法，可用于將被測材料均勻包覆等離子體，并對其雷達(dá)反射特性進(jìn)行測量。
背景技術(shù)：
等離子體作為一種特殊的色散介質(zhì)，對電磁波有著獨特的吸收、反射、散射特性，與各種常規(guī)材料差異巨大。通常各類宇航器、彈頭等目標(biāo)高速再入大氣的過程會因為摩擦高溫而產(chǎn)生等離子體將自身包覆，其表面等效為一種覆蓋等離子的復(fù)合材料，從而改變目標(biāo)本身的雷達(dá)反射特性(通常是削弱雷達(dá)回波)。因此，對等離子包覆下的材料、目標(biāo)特性的研究，在返回式航天器測控、再入目標(biāo)探測、導(dǎo)彈預(yù)警防御與攔截、飛行器隱身等領(lǐng)域都是研究熱點。

目標(biāo)特性通常用雷達(dá)散射截面(RCS)來表征。對于常規(guī)的目標(biāo)，獲得RCS參數(shù)有兩種途徑一是實驗法，將整個目標(biāo)(或縮比模型)置于微波暗室內(nèi)，測量其各個方位角的雷達(dá)回波強度從而直接得到RCS參數(shù)；二是數(shù)值算法，在事先已知目標(biāo)的材料以及每種材料的雷達(dá)反射特性的前提下，通過電磁場計算獲得目標(biāo)整體的RCS。對于等離子包覆的目標(biāo)，獲得RCS的難點在于覆蓋有等離子體的表面特性。由于在全尺寸目標(biāo)表面整體包覆真實流場分布的等離子體并進(jìn)行RCS測量在目前技術(shù)條件下尚不能實現(xiàn)，若利用縮比模型進(jìn)行實驗又會因為等離子非線性的色散效應(yīng)難以反推至全尺寸模型。所以，目前可行的途徑是先進(jìn)行局部實驗，即在目標(biāo)的各種表面材料均勻覆蓋不同厚度、不同密度的等離子體，測量被等離子覆蓋下的各種目標(biāo)表面材料的雷達(dá)反射特性，再進(jìn)行目標(biāo)建模和等離子流場分布建模，最后通過電磁計算的手段獲得目標(biāo)整體的RCS。因此，測量各種目標(biāo)表面材料在覆蓋有不同厚度和密度等離子體的雷達(dá)反射特性，是計算等離子體包覆目標(biāo)RCS的關(guān)鍵前提。目前能夠進(jìn)行產(chǎn)生包覆于目標(biāo)或材料表面的等離子體的方法主要分為兩大類
第一類是基于高速氣動原理產(chǎn)生等離子體，以彈道靶和激波管為代表。其中彈道靶能夠?qū)⑿⌒蛷椡杓铀俚皆偃胨俣龋c靜止大氣摩擦產(chǎn)生等離子體將彈丸包覆；激波管內(nèi)目標(biāo)固定，試驗氣體被爆炸產(chǎn)生的激波驅(qū)動，以再入速度撞擊被試目標(biāo)。這一類方法產(chǎn)生等離子體的物理機理與真實再入體相同，但缺點是試驗時間極短(百微秒級)難以開展實驗，且爆炸、高速氣流具有破壞性，難以在實驗段放置各類微波試驗器材。第二類是電離等離子體，以等離子隱身技術(shù)和等離子噴流技術(shù)為代表。其中等離子隱身技術(shù)利用交叉插指電極覆蓋于材料表面，利用輝光放電將等離子覆蓋于材料或目標(biāo)表面，該技術(shù)在本領(lǐng)域不適用，因為表面遍布的金屬電極已經(jīng)改變了原材料的表面特性；等離子噴流技術(shù)利用微波、電弧等手段電離氣體產(chǎn)生等離子體，再利用高壓氣流將等離子體噴射于材料表面，常用于材料燒蝕試驗，其伴隨的高溫具有破壞性，且難以得到均勻、穩(wěn)定的厚度和密度。綜上，目前現(xiàn)有的等離子產(chǎn)生手段尚不能完全滿足材料雷達(dá)反射特性測量需求，滿足需求的等離子產(chǎn)生設(shè)備應(yīng)具備以下特性
1)等離子大面積、均勻，可覆蓋于材料表面；
2)長時間持續(xù)；
3)對被試材料、實驗設(shè)備無破壞性；
4)密度、厚度可連續(xù)調(diào)節(jié)；
5)產(chǎn)生裝置本身對被試材料雷達(dá)特性的附加影響??；
專利《大面積均勻非磁化等離子體產(chǎn)生裝置及方法》(公開號102361531A)公開了一種利用環(huán)形網(wǎng)電極輝光放電作為等離子源，并在低壓氣體擴散效應(yīng)的作用下，獲得非磁化、 中空、大面積均勻、密度可控、無破壞性的等離子產(chǎn)生裝置，用于電磁波在離子體內(nèi)的傳播特性研究；該類型裝置解決了等離子體長時間持續(xù)和大面積均勻兩大關(guān)鍵難點問題，從而能夠滿足上述部分的需求，但若應(yīng)用于等離子包覆材料電磁反射特性測量，還存在以下三點不足之處
I)等離子無法覆蓋于被測材料表面。該類型裝置所產(chǎn)生的等離子體位于真空腔體內(nèi)部，前后阻擋有石英觀察窗，無法將其內(nèi)部的等離子涂覆于材料表面。2)等離子厚度不可調(diào)節(jié)。該類裝置內(nèi)等離子體在低氣壓擴散作用下，均勻擴散填充整個腔體，等離子厚度由腔體固有尺寸決定，不可任意調(diào)節(jié)。3)裝置本身是強烈雷達(dá)反射源。該類裝置的腔體金屬材料構(gòu)成，本身會強烈地反射雷達(dá)回波，淹沒材料的雷達(dá)回波。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種能夠在被測材料表面包覆等離子，并進(jìn)一步實現(xiàn)等離子厚度可調(diào)以及削弱本體的雷達(dá)回波反射，從而滿足開展等離子包覆材料的雷達(dá)反射特性實驗測量的等離子體包覆材料的雷達(dá)反射特性測量裝置及方法。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的，等離子體包覆材料的雷達(dá)反射特性測量裝置，其特征是包括大面積勻非磁化等離子體產(chǎn)生單元、雷達(dá)散射截面測量機構(gòu)、微波暗室、支撐導(dǎo)軌、支撐滑塊、被測材料板、吸波材料，大面積均勻非磁化等離子體產(chǎn)生單元、雷達(dá)散射截面測量機構(gòu)固定在微波暗室內(nèi)，大面積均勻非磁化等離子體產(chǎn)生單元由吸波材料包圍在一個空間內(nèi)，吸波材料有一個窗口，使大面積均勻非磁化等離子體產(chǎn)生單元的被測材料板直面雷達(dá)散射截面測量機構(gòu)。所述的被測材料板由支撐導(dǎo)軌、支撐塊固定在大面積均勻非磁化等離子體產(chǎn)生單元的腔體內(nèi)，大面積均勻非磁化等離子體產(chǎn)生單元在其內(nèi)部產(chǎn)生大面積均勻等離子體，大面積均勻非磁化等離子體產(chǎn)生單元被測材料板分割為兩部分；使入射波方向的等離層子對電磁波起作用。所述的支撐滑塊由四氟乙烯材料制成，上部有厚度6mm的凹槽,夾入一片厚度5 —6_的被測材料板，并由鎖緊螺栓固定，下部的燕尾凸起與支撐導(dǎo)軌的燕尾槽配合，插入支撐導(dǎo)軌的燕尾槽內(nèi)，使被測材料板的位置能夠在大面積均勻非磁化等離子體產(chǎn)生單元內(nèi)前后調(diào)節(jié)。所述的吸波材料為角錐型泡沫吸波板。所述支撐導(dǎo)軌由聚四氟乙烯材料制成，長18cm,寬3cm,高2cm,上部刻有Icm深燕尾槽，下部用螺釘安裝于大面積均勻非磁化等離子體產(chǎn)生單元中的網(wǎng)狀電極的內(nèi)部，提供
一個滑軌。相比現(xiàn)有的類似技術(shù)，本發(fā)明具有以下的有益效果
I.本發(fā)明中的被測材料完全沉浸于均勻大面積等離子體內(nèi)部，實現(xiàn)了對被測材料表面的均勻等離子體包覆。2.本發(fā)明采用了導(dǎo)軌和滑塊結(jié)構(gòu)，使被測材料板在等離子中可移動，在等離子總體厚度不變的前提下，實現(xiàn)了被測材料入射波表面等離子厚度的調(diào)節(jié)。3.本發(fā)明采用了吸波材料消除了等離子裝置本身的反射波，使等離子包覆材料的雷達(dá)回波特性測量更加準(zhǔn)確。


下面結(jié)合實施例附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明
圖I是本發(fā)明等離子體包覆材料的雷達(dá)散射特性測量系統(tǒng)實施例結(jié)構(gòu) 圖2是本發(fā)明等離子體包覆材料的雷達(dá)散射特性測量系統(tǒng)中，支撐導(dǎo)軌與支撐滑塊的細(xì)節(jié) 圖3是本發(fā)明等離子體包覆材料的雷達(dá)散射特性實驗測方法流程圖。圖中，I、大面積均勻非磁化等離子體產(chǎn)生單元；2、雷達(dá)散射截面測量機構(gòu)；3、微波暗室；4、支撐導(dǎo)軌；5、支撐滑塊；6、被測材料板；7、網(wǎng)狀電極；8、吸波材料；51、鎖緊螺栓。
具體實施例方式實施例I
等離子體包覆材料的雷達(dá)反射特性測量裝置，包括大面積勻非磁化等離子體產(chǎn)生單元I、雷達(dá)散射截面測量機構(gòu)2、微波暗室3、支撐導(dǎo)軌4、支撐滑塊5、被測材料板6、吸波材料8，大面積均勻非磁化等離子體產(chǎn)生單元I、雷達(dá)散射截面測量機構(gòu)2固定在微波暗室3內(nèi)，大面積均勻非磁化等離子體產(chǎn)生單元I由吸波材料8包圍在一個空間內(nèi)，吸波材料8有一個窗口，使大面積均勻非磁化等離子體產(chǎn)生單元I的被測材料板6直面雷達(dá)散射截面測量機構(gòu)2。實施例2
參照圖1，等離子體包覆材料的雷達(dá)反射特性測量裝置，包括大面積勻非磁化等離子體產(chǎn)生單元I、雷達(dá)散射截面測量機構(gòu)2、微波暗室3、支撐導(dǎo)軌4、支撐滑塊5、被測材料板
6、吸波材料8，大面積均勻非磁化等離子體產(chǎn)生單元I、雷達(dá)散射截面測量機構(gòu)2固定在微波暗室3內(nèi)，大面積均勻非磁化等離子體產(chǎn)生單元I由吸波材料8包圍在一個空間內(nèi)，吸波材料8有一個窗口，使大面積均勻非磁化等離子體產(chǎn)生單元I的被測材料板6直面雷達(dá)散射截面測量機構(gòu)2，被測材料板6由支撐導(dǎo)軌4、支撐塊5固定在大面積均勻非磁化等離子體產(chǎn)生單元I的腔體內(nèi)，大面積均勻非磁化等離子體產(chǎn)生單元I在其內(nèi)部產(chǎn)生大面積均勻等離子體，大面積均勻非磁化等離子體產(chǎn)生單元I被測材料板6分割為兩部分；其中僅有入射波方向的等離層子對電磁波起作用，實現(xiàn)了在材料板的前方均勻覆蓋一定厚度的等離子層，且等離子層的厚度可通過移動支撐滑塊5預(yù)先設(shè)定。雷達(dá)散射截面測量機構(gòu)2發(fā)出的電磁波射入包覆有等離子的被測材料板6，并測量其反射回波強度，得出其雷達(dá)回波特性。大面積勻非磁化等離子體產(chǎn)生單元I采用專利《大面積均勻非磁化等離子體產(chǎn)生裝置及方法》(公開號102361531A)公開的大面積均勻非磁化等離子體產(chǎn)生裝置。雷達(dá)散射截面測量機構(gòu)2為雷達(dá)散射截面測量儀器，屬于本領(lǐng)域公知部件。如圖2所示，支撐滑塊5由四氟乙烯材料制成，上部有厚度6mm的凹槽，夾入一片厚度5 — 6mm的被測材料板6，并由鎖緊螺栓51固定，下部的燕尾凸起與支撐導(dǎo)軌4的燕尾槽配合，插入支撐導(dǎo)軌4的燕尾槽內(nèi)，使被測材料板6的位置能夠在大面積均勻非磁化等離子體產(chǎn)生單元I內(nèi)前后調(diào)節(jié)；金屬表面及電波透射面貼附泡沫角錐吸波材料8，防止電波反射干擾。如圖3所示，支撐導(dǎo)軌4由聚四氟乙烯材料制成，長18cm，寬3cm，高2cm，上部刻有Icm深燕尾槽，下部用螺釘安裝于大面積均勻非磁化等離子體產(chǎn)生單元I中的網(wǎng)狀電極7的內(nèi)部，提供一個滑軌。
吸波材料為角錐型泡沫吸波板，均勻地貼附于裝置所有的金屬表面以及電波透射面，實現(xiàn)對金屬部件的雷達(dá)回波吸收以及透射波的吸收，防止二次反射。本發(fā)明的工作原理是大面積均勻非磁化等離子體被支撐導(dǎo)軌4、支撐滑塊5上安裝的被測材料板6分割為兩部分；其中僅有入射波方向的等離層子對電磁波起作用，實現(xiàn)了在材料板的前方均勻覆蓋一定厚度的等離子層，且等離子層的厚度可通過移動支撐滑塊5移動位置調(diào)節(jié)。雷達(dá)散射截面測量機構(gòu)2發(fā)出的電磁波射入包覆有等離子的被測材料板6，并測量其反射回波強度，得出其雷達(dá)回波特性。參照圖3，本發(fā)明實施例測量方法包括如下步驟
(1)拆除被支撐導(dǎo)軌4、支撐滑塊5上安裝的被測材料板6，用雷達(dá)散射截面測量機構(gòu)測量大面積均勻非磁化等離子體本底反射強度；
(2)在支撐滑塊5安裝被測材料板6，調(diào)節(jié)入射波至被測材料板6的距離；
(3)開啟等離子源，調(diào)節(jié)至所需電子密度；
(4)用雷達(dá)散射截面測量機構(gòu)測量包覆有等離子體后的反射強度；
(5)將步驟(4)中測得的反射強度與步驟(I)中測得的本底反射強度相減，得出等離子包覆材料的雷達(dá)反射特性。本實施例沒有詳細(xì)敘述的部件和結(jié)構(gòu)屬本行業(yè)的公知部件和常用結(jié)構(gòu)或常用手段，這里不一一敘述。
權(quán)利要求
1.等離子體包覆材料的雷達(dá)反射特性測量裝置，其特征是包括大面積勻非磁化等離子體產(chǎn)生單元(I)、雷達(dá)散射截面測量機構(gòu)(2)、微波暗室(3)、支撐導(dǎo)軌(4)、支撐滑塊(5)、被測材料板(6)、吸波材料(8)，大面積均勻非磁化等離子體產(chǎn)生單元(I)、雷達(dá)散射截面測量機構(gòu)(2)固定在微波暗室(3)內(nèi)，大面積均勻非磁化等離子體產(chǎn)生單元(I)由吸波材料(8)包圍在一個空間內(nèi)，吸波材料(8)有一個窗口，使大面積均勻非磁化等離子體產(chǎn)生單元(I)的被測材料板(6 )直面雷達(dá)散射截面測量機構(gòu)(2 )。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的等離子體包覆材料的雷達(dá)反射特性測量裝置，其特征是所述的被測材料板(6)由支撐導(dǎo)軌(4)、支撐塊(5)固定在大面積均勻非磁化等離子體產(chǎn)生單元(I)的腔體內(nèi)，大面積均勻非磁化等離子體產(chǎn)生單元(I)在其內(nèi)部產(chǎn)生大面積均勻等離子體，大面積均勻非磁化等離子體產(chǎn)生單元(I)被測材料板(6)分割為兩部分；使入射波方向的等離層子對電磁波起作用。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的等離子體包覆材料的雷達(dá)反射特性測量裝置，其特征是所述的支撐滑塊(5)由四氟乙烯材料制成,上部有厚度6mm的凹槽,夾入一片厚度5 — 6mm的被測材料板(6)，并由鎖緊螺栓(51)固定，下部的燕尾凸起與支撐導(dǎo)軌(4)的燕尾槽配合，插入支撐導(dǎo)軌(4)的燕尾槽內(nèi)，使被測材料板(6)的位置能夠在大面積均勻非磁化等離子體產(chǎn)生單元(I)內(nèi)前后調(diào)節(jié)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的等離子體包覆材料的雷達(dá)反射特性測量裝置，其特征是所述的吸波材料(8)為角錐型泡沫吸波板。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的等離子體包覆材料的雷達(dá)反射特性測量裝置，其特征是所述的支撐導(dǎo)軌(4)由聚四氟乙烯材料制成,長18cm,寬3cm,高2cm,上部刻有Icm深燕尾槽，下部用螺釘安裝于大面積均勻非磁化等離子體產(chǎn)生單元(I)中的網(wǎng)狀電極(7)的內(nèi)部，提供一個滑軌。
6.等離子體包覆材料的雷達(dá)反射特性測量方法，其特征是包括如下方法 (1)拆除被支撐導(dǎo)軌(4)、支撐滑塊(5)上安裝的被測材料板(6)，用雷達(dá)散射截面測量機構(gòu)測量大面積均勻非磁化等離子體本底反射強度； (2)在支撐滑塊(5)安裝被測材料板(6)，調(diào)節(jié)入射波至被測材料板(6)的距離； (3)開啟等離子源，調(diào)節(jié)至所需電子密度； (4)用雷達(dá)散射截面測量機構(gòu)測量包覆有等離子體后的反射強度； (5)將步驟(4)中測得的反射強度與步驟(I)中測得的本底反射強度相減，得出等離子包覆材料的雷達(dá)反射特性。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種等離子體包覆材料的雷達(dá)反射特性測量裝置及方法，該裝置包括大面積勻非磁化等離子體產(chǎn)生單元、雷達(dá)散射截面測量機構(gòu)、微波暗室、支撐導(dǎo)軌、支撐滑塊、被測材料板、吸波材料，大面積均勻非磁化等離子體產(chǎn)生單元、雷達(dá)散射截面測量機構(gòu)固定在微波暗室內(nèi)，大面積均勻非磁化等離子體產(chǎn)生單元由吸波材料包圍在一個空間內(nèi)，吸波材料有一個窗口，使大面積均勻非磁化等離子體產(chǎn)生單元的被測材料板直面雷達(dá)散射截面測量機構(gòu)。它是一種能夠在被測材料表面包覆等離子，并進(jìn)一步實現(xiàn)等離子厚度可調(diào)以及削弱本體的雷達(dá)回波反射，從而滿足開展等離子包覆材料的雷達(dá)反射特性實驗測量的裝置及方法。
文檔編號G01N21/00GK102809577SQ20121025714
公開日2012年12月5日 申請日期2012年7月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月24日
發(fā)明者謝楷, 趙良, 秦永強, 李小平, 劉彥明, 劉東林 申請人:西安電子科技大學(xué)