一种高功率毫米波模式实时分析系统技术方案

本发明专利技术公开了一种高功率毫米波模式实时分析系统，采用对称型设计思路，2个对称分布的三端口定向耦合器分别集成于第一反射镜和第二反射镜，第一反射镜安装在第一换向弯头，第二反射镜安装在第二换向弯头，第一反射镜与第一微波信号检测回路单元通过第一矩形波导连接，第二反射镜与第二微波信号检测回路单元通过第二矩形波导连接，模式分析单元用于根据接收第一微波信号检测回路单元和第二微波信号检测回路单元发出的主波纹波导中各处场强强度的电信号，得到主波纹波导中的模式信息。本发明专利技术提供的高功率毫米波模式实时分析系统研制难度低、可靠性高、通用性强。

A high power millimeter wave mode real time analysis system

The invention discloses a high power millimeter wave model for real-time analysis system, using symmetrical design, 2 symmetrical three port directional coupler were integrated into the first reflector and the second reflector, the first reflector is arranged on the first reversing elbow, second mirror mounted on the second reversing elbow, the first mirror and the first microwave signal detection circuit unit connected by a first rectangular waveguide, second mirror and second microwave signal detection circuit unit is connected by second rectangular waveguide, mode analysis unit for electrical signals throughout the field strength of the main corrugated waveguide issued according to the received first microwave signal detection circuit unit and second microwave signal detection circuit unit in the main mode, get information in the corrugated waveguide. The high power millimeter wave mode real-time analysis system provided by the invention is low in difficulty, high in reliability and strong in versatility.

【技术实现步骤摘要】
一种高功率毫米波模式实时分析系统
本专利技术属于无线通信领域，更具体地，涉及一种高功率毫米波模式实时分析系统。
技术介绍
高功率毫米波中除了所传输的主模式信号以外，通常还会存在一定比例的杂模信号。这些杂模信号一般转换为热能沉积于系统中，当杂模比例过高时过量的热能若无法被冷却系统及时带走，会引起部件的热变形或损坏。同时，在系统实际运行过程中，运行参数不合理或振动造成的传输线准直变差等会引起杂模比例的进一步提高，若无法实时对杂模变化进行监测并采取相应的保护措施，将会严重影响系统的安全运行和相关物理实验的开展。目前已有的对于高功率毫米波模式信息进行实时分析的方法都基于传输系统换向弯头或反射镜处的微波耦合单元或测温单元，但该方法研究尚处于起步阶段，相关实施方案如下：一种方案是利用位于微波换向弯头处的二维耦合孔阵列将毫瓦量级微波功率耦合到外围波导中，以得到全波信息；再利用每一种模式对应波导波长不同的原理，采用选模定向耦合器将微波的主模及杂模进行分别测量以得到波的模式信息。另一种方案是通过位于微波换向弯头处的5端口定向耦合器，配合检波回路得到二维空间5个点的场分布信息；然后考虑传输系统中微波模式的正交集合，通过求解线性方程组可得到主模及杂模的比例。以上所介绍的两种方案均基于小孔耦合的原理，这两种方案所采用的模式分析单元结构复杂，对器件加工工艺要求很高，研制难度较大。当复杂结构中任何一个环节出现问题，将会导致无法测量或测量结果不准确，不能很好的满足系统长时间运行过程中对器件可靠性的要求；同时，仅针对单一频率设计使得其通用性受限。还有一种方案是利用珀尔帖设备的制冷效应，将微波在换向弯头处损耗引起的热沉积转换为电压信号，通过二维阵列可以得到弯头不同位置处的热沉积分布，进而得到微波在弯头处的功率分布；然后利用这两组二维珀尔帖设备阵列得到的微波功率分布数据，通过非线性优化的方法得到微波模式信息。但该方案是对微波在换向弯头反射镜处的热沉积分布进行测量，需要考虑热扩散及换热系数等问题，导致分析模型较为复杂；且该方案仅处于设计阶段，其准确性和可靠性还有待进一步验证。由此可见，现有对高功率毫米波模式进行实时分析的技术中存在设计方案复杂、研制难度大、可靠性低、仅针对单一频率设计而导致的通用性差的技术问题。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种高功率毫米波模式实时分析系统，由此解决现有对高功率毫米波模式进行实时分析的技术中存在设计方案复杂、研制难度大、可靠性低、仅针对单一频率设计而导致的通用性差的技术问题。为实现上述目的，本专利技术提供了一种高功率毫米波模式实时分析系统，包括：耦合单元、第一换向弯头、第一反射镜、第二换向弯头、第二反射镜、第一微波信号检测回路单元、第二微波信号检测回路单元、模式分析单元、第一矩形波导和第二矩形波导，所述耦合单元包括2个对称分布的三端口定向耦合器，分别集成于第一反射镜和第二反射镜，第一反射镜安装在第一换向弯头，第二反射镜安装在第二换向弯头，第一反射镜与第一微波信号检测回路单元通过第一矩形波导连接，第二反射镜与第二微波信号检测回路单元通过第二矩形波导连接，模式分析单元用于根据接收第一微波信号检测回路单元和第二微波信号检测回路单元发出的主波纹波导中各处场强强度的电信号，得到主波纹波导中的模式信息。进一步的，2个对称分布的三端口定向耦合器均有一个耦合孔列位于反射面正中心，另外两个耦合孔列则分别位于反射面正中心处的水平方向和垂直方向。进一步的，第一微波信号检测回路单元和第二微波信号检测回路单元均包括3个微波信号检测回路，耦合单元中的每个耦合孔列对应一个微波信号检测回路，微波信号检测回路包括依次连接的过渡波导、隔离器、衰减器、喇叭天线和检波器。进一步的，过渡波导用于将三端口定向耦合器耦合的微波信号传输到微波信号检测回路；隔离器用于信号隔离以保护微波信号检测回路中的微波器件；衰减器用于幅值补偿，使得6个微波信号检测回路的特性参数一致，保证分析结果的准确性；喇叭天线和检波器用于将微波信号转换为电信号。进一步的，微波信号检测回路使用校准回路调节衰减器的参数，使得每个微波信号检测回路的衰减一致。进一步的，三端口定向耦合器的耦合孔径采用切比雪夫函数分布得到。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：本专利技术的高功率毫米波模式实时分析系统中耦合单元采用了对称分布的两个三端口定向耦合器，结构更简单，研制难度低，能满足高功率毫米波系统对模式分析单元提出的可靠性高的要求。此外由于设计耦合器的过程中选取了合适的分布函数来设计耦合孔径，定向耦合器的工作带宽得到了保证，可以灵活运用于对一定频率范围内的高功率毫米波的模式信息进行分析，通用性强。附图说明图1为本专利技术实施例提供的一种高功率毫米波模式实时分析系统的整体结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的两个三端口定向耦合器示意图；图3为本专利技术实施例提供的定向耦合器配备的微波信号检测回路示意图；图4为本专利技术实施例提供的对电子回旋波实时模式分析系统使用低功率测试平台进行标定的示意图；在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1为主波纹波导的微波输入端口，2为第一换向弯头，3为第一反射镜，4为波纹波导中间传输环节，5为第二换向弯头，6为第二反射镜，7为主波纹波导的微波输出端口，8为第一微波信号检测回路单元，9为第二微波信号检测回路单元，10为第一隔离端匹配负载，11为第二隔离端匹配负载，12为模式分析单元，13为测试波源，14为模式转换环节，15为波纹波导，16为匹配负载，17为第一矩形波导，18为第二矩形波导。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。如图1所示，一种高功率毫米波模式实时分析系统，包括：耦合单元、微波输入端口1、第一换向弯头2、第一反射镜3、第二换向弯头5、第二反射镜6、第一微波信号检测回路单元8、第二微波信号检测回路单元9、第一隔离端匹配负载10、第二隔离端匹配负载11、模式分析单元12、第一矩形波导17和第二矩形波导18，所述耦合单元包括2个对称分布的三端口定向耦合器，分别集成于第一反射镜3和第二反射镜6，第一反射镜3安装在第一换向弯头(2)，第二反射镜6安装在第二换向弯头5，第一反射镜3与第一微波信号检测回路单元8通过第一矩形波导17连接，第二反射镜6与第二微波信号检测回路单元9通过第二矩形波导18连接，模式分析单元12用于根据接收第一微波信号检测回路单元8和第二微波信号检测回路单元9发出的主波纹波导中各处场强强度的电信号，得到主波纹波导中的模式信息。从微波输入端口1射入波纹波导15中的高功率长脉冲微波束通过各耦合孔列的耦合变成低功率微波信号后进入反射镜后连接的第一微波信号检测回路单元8与第二微波信号检测回路单元9，依次经由其中的过渡波导、隔离器、衰减器、喇叭天线和检波器后转换为能反映对应主波纹波导中各处场强强度的电信号，然后送入模式分析单元12对电信号进行处理，过程本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高功率毫米波模式实时分析系统，其特征在于，包括：耦合单元、第一换向弯头(2)、第一反射镜(3)、第二换向弯头(5)、第二反射镜(6)、第一微波信号检测回路单元(8)、第二微波信号检测回路单元(9)、模式分析单元(12)、第一矩形波导(17)和第二矩形波导(18)，所述耦合单元包括2个对称分布的三端口定向耦合器，分别集成于第一反射镜(3)和第二反射镜(6)，第一反射镜(3)安装在第一换向弯头(2)，第二反射镜(6)安装在第二换向弯头(5)，第一反射镜(3)与第一微波信号检测回路单元(8)通过第一矩形波导(17)连接，第二反射镜(6)与第二微波信号检测回路单元(9)通过第二矩形波导(18)连接，模式分析单元(12)用于根据接收第一微波信号检测回路单元(8)和第二微波信号检测回路单元(9)发出的主波纹波导中各处场强强度的电信号，得到主波纹波导中的模式信息。

【技术特征摘要】
1.一种高功率毫米波模式实时分析系统，其特征在于，包括：耦合单元、第一换向弯头(2)、第一反射镜(3)、第二换向弯头(5)、第二反射镜(6)、第一微波信号检测回路单元(8)、第二微波信号检测回路单元(9)、模式分析单元(12)、第一矩形波导(17)和第二矩形波导(18)，所述耦合单元包括2个对称分布的三端口定向耦合器，分别集成于第一反射镜(3)和第二反射镜(6)，第一反射镜(3)安装在第一换向弯头(2)，第二反射镜(6)安装在第二换向弯头(5)，第一反射镜(3)与第一微波信号检测回路单元(8)通过第一矩形波导(17)连接，第二反射镜(6)与第二微波信号检测回路单元(9)通过第二矩形波导(18)连接，模式分析单元(12)用于根据接收第一微波信号检测回路单元(8)和第二微波信号检测回路单元(9)发出的主波纹波导中各处场强强度的电信号，得到主波纹波导中的模式信息。2.如权利要求1所述的一种高功率毫米波模式实时分析系统，其特征在于，所述2个对称分布的三端口定向耦合器均有一个耦合孔列位于反射面正中心，另外两个耦合孔列则分别位...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏冬辉，王之江，田一哲，刘昌海，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42