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《矩形孔缝耦合特性实验研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、第15卷 第12期强激光与粒子束Vol.15,No.122003年12月HIGHPOWERLASERANDPARTICLEBEAMSDec.,2003文章编号:100124322(2003)1221228205X矩形孔缝耦合特性实验研究周金山, 刘国治, 王建国(西北核技术研究所,陕西西安710024) 摘 要:对矩形孔缝在微波频率为2～18GHz范围内的耦合系数进行了实验研究;建立了实验方法和实验装置。实验结果表明:对于矩形孔缝,当入射电场方向垂直于孔缝长边时,在微波波长约等于2倍孔缝长度时,发生共振效应,在该频率附近一定带宽内
2、耦合系数最大,并且在共振频率处存在着场增强效应。 关键词:高功率微波; 耦合; 共振效应; 增强效应 中图分类号:O441.5文献标识码:A 高功率微波(HPM)与目标系统发生作用的第一步是其通过某种途径进入目标系统。目标系统一般都有金属外壳,但是在其上不可避免地存在天线、孔缝和电缆接头等,这样HPM能量耦合到系统中的渠道有两个:一个是所谓的“前门”,即通过天线耦合到系统中去;二是所谓的“后门”,即通过系统上的孔缝和电缆接头等耦合到系统中去。耦合进入系统的微波会对系统内的电子设备或器件产生干扰或烧毁。一般讲,通过天线的耦合是强
3、耦合,但通道单一,耦合系数可以较容易地获得,并且相对容易防护。“后门”耦合通常是多通道的,耦合[1～5]过程较复杂。研究表明,在某些情况下“后门”耦合会在特定的微波频率下发生共振而引起较强的耦合,。[3～6] 为了更深入地了解微波的孔缝耦合特性,我们分别采用理论、数值和实验方法进行了研究。本文从实验角度研究微波的孔缝耦合,建立相应的实验装置,并对孔缝在微波频率为2～18GHz范围内的耦合系数以及金属腔体内的孔缝耦合场分布进行实验研究,重点介绍矩形孔缝耦合的耦合特性。1 实验方法 在HPM孔缝耦合研究中,主要关心的是耦合到金属壳体
4、内部的微波功率密度和金属壳体外表面的入射功率密度之比,将其定义为耦合系数P1(f,r,θ,φ)η(f,r,θ,φ)=10lg(1)P0(f)式中:P0(f)为金属腔体面板孔缝处的微波功率密度,即入射微波功率密度;P1(f,r,θ,φ)为金属壳体内测试点的耦合微波功率密度;f为入射微波频率;r为在腔体内的位置;θ为入射波传输方向与壳体带有孔缝面法线的夹角;φ是入射波的极化方向。耦合系数主要受孔缝形状和大小的影响,也受一定的腔体调制的影响。为了研究孔缝的耦合特性,定义孔缝的有效面积为P(f,θ,δ)Ae(f,θ,φ)=(2)P0(f)它
5、表征不同频率和极化方向的微波从不同角度通过孔缝耦合到腔体内的能力。这里P(f,θ,δ)为通过孔缝耦合到腔体内的微波功率。 以HP8510C矢量网络分析仪为主要测量分析设备,建立了一套测量耦合系数的实验装置,图1所示。其中HP8348A为宽带微波功率放大器。实验时HP8510C采用扫频工作方式,一次实验即可测得耦合系数随频率的变化曲线。HP8510C的可用动态范围大于90dB,HP8348A的放大倍数大于20dB,测量系统的动态范围可达110dB,能够满足实验要求。为保证实验系统具有良好的极化特性,系统中波导器件采用矩形器件,受波导
6、带宽限制,实验时把2～18GHz的带宽分为四段(分别为BJ32:2～3.95GHz;BJ48:3.95～7GHz;BJ100:7～12.4GHz;BJ140:12.4～18GHz)。辐射天线采用角锥喇叭天线,为了同时保证探头能够有效地接收被测点经腔体反射所形成的混合场,测量探头采用对方向性不敏感的开口波导。为提高系统的信噪比,采取一定措施降低各连接X收稿日期:2002205220;修订日期:2003208204基金项目:国家863计划项目资助课题作者简介:周金山(19702),男,硕士,现从事超宽谱高功率微波研究工作;西安市6921
7、3信箱。©1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.第12期 周金山等:矩形孔缝耦合特性实验研究1229点的寄生耦合,提高腔体的屏蔽性能,实测系统在无孔缝情况下,腔体内的寄生耦合系数不大于-70dB。 实验时先去掉带孔缝金属板,而在金属腔体前面加上微波吸收材料,并且将接收测量探头移至金属板的位置,在这种情况下由HP8510C测量记录得到系统的传输系数′P0(f)Ape(f)″S21(f)=10lg+S21(f)(3)Pin
8、式中:P0(f)为腔体前面板处辐射微波功率密度;ApeFig.1Schematicdiagramofexperimentalsetup(f)为测量探头的有效面积,可以通过标定得到;Pin为图1 实验装置示意图″(f)为电缆和连接件的损
