CN107719855B - 一种用于无源互调测试试验的温箱箱体结构及试验方法 - Google Patents

一种用于无源互调测试试验的温箱箱体结构及试验方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于无源互调测试试验的温箱箱体结构及试验方法，属于航天试验领域。所述温箱箱体结构包括箱体主体结构、第一连接管和第二连接管，所述第一连接管和第二连接管分别与所述箱体主体结构连接，且所述箱体主体结构通过所述第一连接管和第二连接管与外界连通，所述箱体主体结构由透波材料制成，用于容纳待测试无源部件，所述第一连接管用于向所述箱体主体结构内输入气体，所述二连接管用于将所述箱体主体结构内的气体排出。当进行PIM测试时，待测无源部件置于温箱箱体结构内，可以通过温箱箱体内模拟航天器的高温、低温飞行环境，同时由于温箱箱体结构为透波材质，确保测试结果真实可靠，解决了在大部件产品在高、低温环境中进行PIM测试的问题。

Description

一种用于无源互调测试试验的温箱箱体结构及试验方法
技术领域
本发明涉及一种用于无源互调测试试验的温箱箱体结构及试验方法，属于航天试验领域。
背景技术
PIM(Passive Inter-modulation，无源互调)是一种新的电磁干扰源，它是由无源部件的固有非线性导致的互调产物。目前，我国越来越多的航天器上有效载荷天线分***采用收发共用的工作模式发射和接收通信信号。天线及与天线相关的一些无源部件，如滤波器、同轴线缆、连接器、金属连接面及天线馈源等，工作在多个载频的大功率信号条件下时，由于部件本身存在非线性而引起PIM效应。PIM效应对现代大功率多通道航天器造成了严重危害。
目前，为避免无源互调对航天器的影响，通常需要对航天器天线及天线相关无源部件进行PIM测试试验，以确定航天器天线及天线相关无源部件是否产生PIM效应。现有PIM测试试验通常在常温条件下进行，先通过输入***向无源部件发送信号，然后通过接收***接收无源部件反馈的PIM电平，通过接收***的PIM电平大小判断是否发生了PIM效应。
而航天器运行环境为-180-180℃的复杂温度环境，室温下进行PIM测试试验无法准确模拟航天器的飞行环境，导致测试结果失真。因此，亟需一种能够模拟航天器飞行环境的PIM测试试验装置。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明提供一种用于无源互调测试试验的温箱箱体结构及试验方法，在PIM测试试验时实现了对航天器飞行环境的模拟。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种用于无源互调测试试验的温箱箱体结构，包括箱体主体结构、第一连接管和第二连接管，所述第一连接管和第二连接管分别与所述箱体主体结构连接，且所述箱体主体结构通过所述第一连接管和第二连接管与外界连通，所述箱体主体结构由透波材料制成，用于容纳待测试无源部件，所述第一连接管用于向所述箱体主体结构内输入气体，所述第二连接管用于将所述箱体主体结构内的气体排出。
在一可选实施例中，所述箱体主体结构包括内层结构和包覆在所述内层结构外的外层结构，所述外层结构由第一透波材料制成，所述内层结构由第二透波材质制成，所述第二透波材料所耐受的低温温度≤-196℃，所耐受的高温温度≥150℃，所述外层结构的拉伸强度≥0.6MPa。
在一可选实施例中，所述第一透波材料为聚甲基丙烯酸亚胺，所述第二透波材料为聚酰亚胺泡沫。
在一可选实施例中，所述内层结构的厚度为31mm～71mm，所述外层结构的厚度为70mm～100mm。
在一可选实施例中，所述第一连接管和所述第二连接管外各套设有一弹性套，且通过所述弹性套与所述箱体主体结构连接。
在一可选实施例中，所述第一连接管的直径小于所述第二连接管直径。
在一可选实施例中，所述第一连接管和所述第二连接管为聚酰亚胺材质。
在一可选实施例中，所述的用于无源互调测试试验的温箱箱体结构，还包括非金属支撑框架，用于支撑所述箱体主体结构。
一种用于无源互调测试试验的试验***，包括输入***、接收***及待测无源部件，还包括气源和上述温箱箱体结构，所述待测无源部件位于所述温箱箱体结构内，所述输入***和接收***位于所述温箱箱体结构外，所述输入***用于向所述待测无源部件输入频率合成信号，所述接收***用于接收所述无源部件反馈的PIM电平，所述气源用于向所述温箱箱体结构内输送气体。
一种无源互调测试试验方法，包括以下步骤：
步骤1、将待测试无源部件放入温箱箱体结构内，所述温箱箱体结构由权利要求1-7任一项提供；
步骤2、通过所述温箱箱体结构的第一连接管向所述温箱箱体结构内输入气体，通过所述温箱箱体结构的第二连接管排出气体，降低或升高所述温箱箱体结构内的温度；
步骤3、从所述温箱箱体结构外向所述待测试无源部件输入频率合成信号；
步骤4、从所述温箱箱体结构外接收所述待测试无源部件反馈的PIM电平。
本发具有以下优点：
本发明实施例提供的用于无源互调测试试验的温箱箱体结构通过第一连接管和第二连接管进行气体循环实现对温箱箱体结构内的低温或高温控制，当进行PIM测试时，待测无源部件置于温箱箱体结构内，可以通过温箱箱体结构模拟航天器的高温、低温飞行环境，同时由于温箱箱体结构为透波材质，能够保证电磁波透过且不改变电磁波性质，确保测试结果真实可靠，解决了在常温环境下进行PIM测试导致的测试结果失真的问题。
附图说明
图1本发明实施例提供了一种用于无源互调测试试验的温箱箱体结构剖面示意图；
图2为本发明实施例提供的支撑框架结构示意图；
图3为本发明实施例提供的无源互调测试试验***结构示意图；
图4为本发明实施例提供的PIM测试结果示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：
参见图1，本发明实施例提供了一种用于无源互调测试试验的温箱箱体结构，包括箱体主体结构10、第一连接管3和第二连接管5，第一连接管3和第二连接管5分别与箱体主体结构10连接，且箱体主体结构10通过第一连接管3和第二连接管5与外界连通，箱体主体结构10由透波材料制成，用于容纳待测试无源部件，第一连接管3用于向箱体主体结构10内输入气体，第二连接管5用于将箱体主体结构10内的气体排出。
利用本发明实施例提供的温箱箱体结构进行无源互调测试试验时，将待测无源部件放入温箱箱体结构内，通过第一连接管向箱体内通入低温气体，通过第二连接管排出温箱箱体结构内的气体，利用低温气体循环使箱体内保持低温，模拟航天器低温环境；通过第一连接管向箱体内通入高温气体，通过第二连接管排出温箱箱体结构内的较低温度的气体，利用气体循环使箱体内保持高温，模拟航天器高温环境；本发明实施例中所述气体为惰性干燥气体，优选氮气或液氮；透波材料是一种让电磁波透过且不改变电磁波性质的特殊功能材料，本发明实施例中透波材料介电常数ε<10。
本发明实施例提供的用于无源互调测试试验的温箱箱体结构通过第一连接管和第二连接管进行气体循环实现对温箱箱体结构内的低温或高温控制，当进行PIM测试时，待测无源部件置于温箱箱体结构内，可以通过温箱箱体结构模拟航天器的高温、低温飞行环境，同时由于温箱箱体结构为透波材质，能够保证电磁波透过且不改变电磁波性质，确保测试结果真实可靠，解决了在常温环境下进行PIM测试导致的测试结果失真的问题。
在一可选实施例中，箱体主体结构10包括内层结构2和包覆在内层结构2外的外层结构1，外层结构1由第一透波材料制成，内层结构2由第二透波材质制成，所述第二透波材料所耐受的低温温度≤-196℃，所耐受的高温温度≥150℃，外层结构的拉伸强度应≥0.6MPa，以保证箱体结构在耐受-196至150℃温度的前提下，能够抵抗300pa的内压。
当液氮进入温箱箱体结构内时，液氮以1：696的比例迅速膨胀为氮气，温箱箱体结构内压力上升，因而需要温箱箱体结构既具有一定的温度耐受能力又具有一定的支撑强度，当温箱箱体结构采用上述组合结构时既能满足温度耐受能力要求又能保证温箱箱体结构能够承受液氮膨胀等因素造成的内部压力。
本发明实施例中，所述第一透波材料为聚甲基丙烯酸亚胺，所述第二透波材料为聚酰亚胺泡沫，第一透波材料的耐受温度为-160℃～+180℃，第二透波材料的耐受温度为-269℃～+250℃。第一透波材料是一种轻质高强度的泡沫塑料，具有较强的支撑强度；同时，第二透波材料是一种保温隔热材料，具有本质阻燃、环保无毒、耐受温度范围宽、导热系数低，可以在超高温、超低温等极端条件下长期工作等优良性能，具有极高的可靠性。二者的结合解决了温箱箱体结构的透波性能、结构强度、热应力形变和保温性能等问题，可以保证透波温箱长期，稳定的运行。
本发明实施例中，所述内层结构的厚度为31mm～71mm，所述外层结构的厚度为70mm～100mm。材料厚度与结构强度和透波性能都有关系，厚度增加会影响到透波性能，本发明所选择的厚度范围可满足箱体的结构强度又可满足对透波性能的要求。
在一可选实施例中，第一连接管3和第二连接管5外各套设有一弹性套4，且通过弹性套4与箱体主体结构10连接。具体地，箱体主体结构10上设有两个安装孔，分别用于安装第一连接管3和第二连接管5，弹性套4套在连接管外部与连接管一同插在安装孔内，弹性套4挤压安装孔孔壁使连接管固定；本发明实施例中弹性套4可以为硅橡胶套和柔性石棉套等，为便于加工，优选柔性石棉套。
由于温箱箱体结构内需要通入高温或低温气体实现对温度的调整，连接管与箱体主体结构的连接处容易受热或受冷变形发生局部破坏，通过设置弹性套，使其提供隔热和过度缓冲作用，可有效避免上述问题。
在一可选实施例中，第一连接管3的直径小于第二连接管5的直径，以更好的平衡箱体结构内压强。在一可选实施例中，第一连接管3和第二连接管5为聚酰亚胺材质。聚酰亚胺材质具有较宽的温度耐受范围，且具有较强的支撑强度，用于与外界热气源或冷气源连接时能够保证在低温高温极端环境下不发生形变。
参见图2，在一可选实施例中，所述的用于无源互调测试试验的温箱箱体结构，还包括非金属支撑框架11，用于支撑箱体主体结构。所述非金属材料优选玻璃钢。
参加图3，本发明实施例还提供了一种用于无源互调测试试验的试验***，包括输入***8、接收***9及待测无源部件6，输入***8和接收***9之间通过电缆与待测无源部件6连接，还包括气源及上述实施例提供的温箱箱体结构，待测无源部件6位于所述温箱箱体结构内，输入***8和接收***9位于所述温箱箱体结构外，输入***8用于向待测无源部件6输入频率合成信号，接收***9用于测试所述无源部件反馈的PIM电平，所述气源用于向所述温箱箱体结构内输送气体。
具体地，本发明实施例中，气源包括降温用的液氮或低温氮气气源和升温用高温氮气源。
由于温箱箱体结构内部材质为泡沫，为避免待测无源部件对温箱箱体结构的压损，通过垫板7将待测无源部件放置在温箱箱体结构内；
为了便于调节和测量温箱箱体结构内的温度压力等参数，所述测试***还包括设置在温箱箱体结构内的温度传感器及压力传感器。
本实施例与上述温箱箱体结构实施例对应，具有所述温箱箱体结构所具有的有益效果，详细描述参见温箱箱体结构实施例，在此不再赘述。
本发明实施例还提供了一种无源互调测试试验方法，包括以下步骤：
步骤1、将待测试无源部件放入温箱箱体结构内，所述温箱箱体结构由上述实施例提供；
步骤2、通过所述温箱箱体结构的第一连接管向所述温箱箱体结构内输入气体，通过所述温箱箱体结构的第二连接管排出气体，降低或升高所述温箱箱体结构内的温度；
步骤3、从所述温箱箱体结构外向所述待测试无源部件输入频率合成信号；
步骤4、从所述温箱箱体结构外接收所述待测试无源部件反馈的PIM电平。
本实施例与上述温箱箱体结构实施例对应，具有所述温箱箱体结构所具有的有益效果，详细描述参见温箱箱体结构实施例，在此不再赘述。
以下为本发明的一具体实施例：
参见图1和2，本实施例提供了一种用于卫星馈源塔无源互调测试试验的温箱箱体结构，包括外层结构1、内层结构2、第一连接管3、第二连接管5和支撑框架11，支撑框架11呈方笼状结构，外层结构呈方形箱状结构，紧贴所述支撑框架11内侧设置，通过J135结构胶与支撑框架11固定，内层结构2紧贴外层结构1内侧设置，第一连接管3和第二连接管5各通过一柔性石棉套4与箱体主体结构固定连接。所述温箱箱体结构内部有效尺寸为2.5m×2.5m×2.5m，外层结构1厚度为85mm，内层结构2厚度为50mm，外层结构1由购买自赢创德固赛(中国)投资有限公司的型号为51HF的聚甲基丙烯酸亚胺板制成，内层结构2由购买自同公司的型号为HT340的聚酰亚胺泡沫制成。第一连接管3和第二连接管5均为聚酰亚胺材质，第一连接管3的内径为300mm，第二连接管5的内径为500mm。
将待测试无源部件6放置在垫板7上，将垫板7连同待测试无源部件6一同放入温箱箱体结构内，通过第一连接管3向温箱箱体结构内通液氮，液氮进入温箱箱体结构后气化，通过第二连接管5排出温箱箱体结构内气体，实现温箱箱体结构内气体的循环，使温箱箱体结构内温度保持在-60℃，在该温度下进行PIM性能测试；测试结束后，通过第一连接管3向温箱箱体结构内通温度为温度为130℃左右的氮气，通过第二连接管5排出温箱箱体结构内气体，实现温箱箱体结构内气体的循环，使温箱箱体结构内温度保持在100℃，在该温度下进行PIM性能测试，测试结果参见图4。如图4所示，可见测得的PIM电平≤-150dBm，证明没有出现无源互调。
本发明实施例提供的温箱箱体结构的外层结构、内层结构及内外层组合后的透波性能参数分别参见表1-3：
表1本实施例外层结构材料在各频率下的介电性能参数表：
频率 介电常数ε 介电损耗角正切值tanδ
2.5GHz 1.057 <0.0002
5.0GHz 1.065 0.0008
10.0GHz 1.067 0.0041
26.5GHz 1.048 0.0135
表2本实施例内层结构材料介电性能参数表：
介电常数ε 介电损耗角正切值tanδ
HT340 1.013 0.002
表3内外层组合后的性能参数表：
由表1-3可知，本发明实施例提供的温箱箱体结构具有极好的透波性能。
对一种用于卫星馈源塔无源互调测试试验的温箱箱体结构内充氮气，使温箱箱体结构内压强达到300pa，箱体无形变。
以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (7)

1.一种用于无源互调测试试验的温箱箱体结构，其特征在于，包括箱体主体结构、第一连接管和第二连接管，所述第一连接管和第二连接管分别与所述箱体主体结构连接，且所述箱体主体结构通过所述第一连接管和第二连接管与外界连通，所述箱体主体结构由透波材料制成，用于容纳待测试无源部件，所述第一连接管用于向所述箱体主体结构内输入气体，所述第二连接管用于将所述箱体主体结构内的气体排出；所述箱体主体结构包括内层结构和包覆在所述内层结构外的外层结构，所述外层结构由购买自赢创德固赛(中国)投资有限公司的型号为51HF的聚甲基丙烯酸亚胺制成，所述内层结构由购买自赢创德固赛(中国)投资有限公司的型号为HT340的聚酰亚胺泡沫制成，所述内层结构的厚度为31mm～71mm，所述外层结构的厚度为70mm～100mm。
2.根据权利要求1所述的用于无源互调测试试验的温箱箱体结构，其特征在于，所述第一连接管和所述第二连接管外各套设有一弹性套，且通过所述弹性套与所述箱体主体结构连接。
3.根据权利要求1所述的用于无源互调测试试验的温箱箱体结构，其特征在于，所述第一连接管的直径小于所述第二连接管直径。
4.根据权利要求1所述的用于无源互调测试试验的温箱箱体结构，其特征在于，所述第一连接管和所述第二连接管为聚酰亚胺材质。
5.根据权利要求1所述的用于无源互调测试试验的温箱箱体结构，其特征在于，还包括非金属支撑框架，用于支撑所述箱体主体结构。
6.一种用于无源互调测试试验的试验***，包括输入***、接收***及待测无源部件，其特征在于，还包括气源和权利要求1-4任一项提供的温箱箱体结构，所述待测无源部件位于所述温箱箱体结构内，所述输入***和接收***位于所述温箱箱体结构外，所述输入***用于向所述待测无源部件输入频率合成信号，所述接收***用于接收所述无源部件反馈的PIM电平，所述气源用于向所述温箱箱体结构内输送气体。
7.一种无源互调测试试验方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、将待测试无源部件放入温箱箱体结构内，所述温箱箱体结构由权利要求1-4任一项提供；
步骤2、通过所述温箱箱体结构的第一连接管向所述温箱箱体结构内输入气体，通过所述温箱箱体结构的第二连接管排出气体，降低或升高所述温箱箱体结构内的温度；
步骤3、从所述温箱箱体结构外向所述待测试无源部件输入频率合成信号；
步骤4、从所述温箱箱体结构外接收所述待测试无源部件反馈的PIM电平。
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