本发明涉及信号探测技术领域，特别是涉及一种新的涂敷方锥型微波辐射计定标源单元设计。
背景技术：
微波黑体定标源的功能在于为微波辐射计的提供标准参考亮温，其核心技术指标包括电磁和温度两个方面。为了实现其功能要求，微波黑体定标源需要实现很高的发射率(e>0.999)和很小的表面温度梯度，其中高发射率也意味着极低的反射率(r＝1-e<0.001)。同时，微波黑体定标源作为辐射计载荷的一部分，在航空航天应用中常被要求做到紧凑微小尺寸，因此，微波黑体定标源的典型结构形式是涂敷周期方锥阵列，如附图3所示，现有设计的方锥为正四棱方锥，外边均匀涂覆有厚度为t现的吸波涂层，过方锥的轴线以及一相对侧面的斜高线的截面的吸波涂层的轮廓的顶部的尖角为α，其中，涂敷的吸波涂层为吸收电磁波的材料，其特点是高电磁吸收但导热性不佳，金属的方锥没有电磁吸收性能但是其导热性好。换言之，其表面涂层的作用是提供高发射率性能，金属的方锥的作用是提供低温度梯度性能。但是，现有设计也存在以下的缺点：
1、现有的微波黑体定标源设计和优化研究，主要针对其电性能，即如何实现宽带高发射率/低反射率，讨论涂敷参数、形式、单元尺寸、锥尖角等，并未综合地从更高辐射亮温性能的角度优化；
2、对于涂敷锥体阵列型黑体定标源而言，存在方锥单元锥尖处温度梯度大，从而降低整体辐射亮温的问题。
本发明的价值在于提出一种新型的单元设计，同时实现高发射率，特别是宽带高发射率和低温度梯度的优化，进而实现更高更精准的亮温辐射能力。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种新的涂敷方锥型微波辐射计定标源单元设计，以解决上述现有技术存在的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种新的涂敷方锥型微波辐射计定标源单元设计，包括定标源座和设置于所述定标源座上的方锥单元，所述方锥单元包括若干曲面四方锥；所述曲面四方锥外侧面涂覆有吸波涂层；所述吸波涂层为正四棱方锥结构，所述曲面四方锥和所述吸波涂层的轴线重合；任意两个相邻所述曲面四方锥底部固定连接。
优选的，所述曲面四方锥主视投影轮廓分为三部分，分别为两根腰线和底线；两根所述腰线关于所述曲面四方锥轴线对称设置；两根所述腰线一端点相连接；两根所述腰线另一端点分别与所述底线两端点相连接。
优选的，所述吸波涂层的主视投影的轮廓为两关于所述吸波涂层的轴线对称的直腰线；两所述直腰线一端点相连接；两所述直腰线的夹角为β，所述曲面四方锥的顶点与所述吸波涂层顶点的直线距离l＝t/sin(β*0.5)；其中t为现有设计的涂层厚度。
优选的，所述腰线分为抛物线a段和抛物线b段；所述抛物线a段中点远离所述曲面四方锥的轴线；所述抛物线b段中点靠近所述曲面四方锥的轴线。
优选的，所述抛物线a段的计算公式为
其中，p为所述曲面四方锥的底面边长，其余a，a1，b，b1，c1为中间变量，可由下面各式计算得到：
tt＝1/tan(0.5β)，tt1＝0.125·tt，w2＝p-2t
hn＝0.5p/tan(0.5β) 0.5t/sin(0.5β)
其中，t为等效涂敷厚度，hn即所述底线中点与所述吸波涂层顶点的连线长度。
优选的，所述抛物线b段的计算公式为
优选的，所述涂层厚度t为当所述腰线为直线的时，预先设计的所述吸波涂层的厚度。
本发明公开了以下技术效果：
本发明是针对微波辐射计对宽带微波黑体定标源的应用需求，提出一种新的宽带高发射率，低温度梯度的单元设计。在与传统设计外形尺寸相同的条件下，可在10-300ghz的频带范围内实现0.999以上的发射率(-30db以下低反射率)，避免高频段处传统设计中容易出现的反射率周期性抬升，并大幅降低锥尖处的温度梯度。相比传统均匀涂敷的涂敷锥体设计具备明显更高、更稳定的定向亮温辐射性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明主视投影的轮廓结构示意图。
图2为本发明侧视结构示意图。
图3为现有设计主视投影的轮廓结构示意图。
图4为改进前后黑体定标源的宽带反射率仿真结果对比图。
图5为改进前后黑体定标源的温度分布仿真结果对比图。
图6为改进前后黑体定标源的定向辐射亮温仿真结果对比图。
其中，方锥-1，腰线-11，抛物线a段-111，抛物线b段-112，底线-12，吸波涂层-2，直腰线-21。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明提供一种新的涂敷方锥型微波辐射计定标源单元设计，包括定标源座和设置于定标源座上的方锥单元，方锥单元包括若干曲面四方锥1；曲面四方锥1外侧面涂覆有吸波涂层2；吸波涂层2为正四棱方锥结构，曲面四方锥1和吸波涂层2的轴线重合；任意两个相邻曲面四方锥1底部固定连接。
进一步的优化方案，曲面四方锥1主视投影轮廓分为三部分，分别为两根腰线11和底线12；两根腰线11关于曲面四方锥1轴线对称设置；两根腰线11一端点相连接；两根腰线11另一端点分别与底线12两端点相连接。
进一步的优化方案，吸波涂层2的主视投影的轮廓为两关于吸波涂层2的轴线对称的直腰线21；两直腰线21一端点相连接；两直腰线21的夹角为β，曲面四方锥1的顶点与吸波涂层2顶点的直线距离l＝t/sin(β*0.5)；其中t为现有设计的涂层厚度。
进一步的优化方案，腰线11分为抛物线a段111和抛物线b段112；抛物线a段111中点远离曲面四方锥1的轴线；抛物线b段112中点靠近曲面四方锥1的轴线。
进一步的优化方案，抛物线a段111的计算公式为
其中，p为曲面四方锥1的底面边长，其余a，a1，b，b1，c1为中间变量,可由下面各式计算得到：
tt＝1/tan(0.5β)，tt1＝0.125·tt，w2＝p-2t
hn＝0.5p/tan(0.5β) 0.5t/sin(0.5β)
其中，t为等效涂敷厚度，hn即底线12中点与吸波涂层2顶点的连线长度。
进一步的优化方案，抛物线b段112的计算公式为
进一步的优化方案，涂层厚度t为当腰线11为直线的时，预先设计的吸波涂层2的厚度。
在本发明的实施例1中，抛物线a段111和抛物线b段112的计算公式中其坐标方向为按照图1所示的底边12为x轴，以方锥1的轴线为z轴。
在本发明的实施例2中，在本发明中，抛物线a段111和抛物线b段112的计算公式中所利用到的涂层厚度t是与t现相同的，α与β的角度也是相同的,现有设计的方锥底面边长与本发明的曲面四方锥1底面边长相同，即本发明相比现有设计外形尺寸完全相同。
在本发明的实施例3中，方锥底面的边长为7.5mm，锥尖角β为16.26度(对应外形高宽比3.5：1)，预设涂敷厚度t＝1mm。附图4中给出了新旧设计的反射率仿真结果，其采用的是全波数值电磁场仿真算法(时域有限差分fdtd)计算方法；图5中给出了新旧设计在典型温度环境下的涂层内平均温度分布结果，图6中给出了整体的定向辐射亮温仿真结果，采用结合电磁场和温度场结果的计算方法，原理如下式计算公式。
其中，bt即为在频率f处考察的定向辐射亮温，r即为在平面波正入射条件下计算得到的积分反射率(fdtd)，
从结果中可见：新设计消除了均匀图层中的法帕效应，使阵列型方锥黑体的反射率曲线更平稳；此外尖端处的薄涂层使得尖端处的热梯度显著减小。总体而言，这个新设计不仅具有稳定的宽带低反射特性，还大大减小了尖端处的温度梯度，导致了比原来的均匀涂层设计更少和更稳定的定向辐射亮温偏差，是对实际辐射计定标系统非常好的样例参考设计。
本发明公开了以下技术效果：
本发明是针对微波辐射计对宽带微波黑体定标源的应用需求，提出一种新的宽带高发射率，低温度梯度的单元设计。在与传统设计外形尺寸相同的条件下，可在10-300ghz的频带范围内实现0.999以上的发射率(-30db以下低反射率)，避免高频段处传统设计中容易出现的反射率周期性抬升，并大幅降低锥尖处的温度梯度。相比传统均匀涂敷的涂敷锥体设计具备明显更高、更稳定的定向亮温辐射性能。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
1.一种新的涂敷方锥型微波辐射计定标源单元设计，包括定标源座和设置于所述定标源座上的方锥单元，其特征在于：所述方锥单元包括若干曲面四方锥(1)；所述曲面四方锥(1)外侧面涂覆有吸波涂层(2)；所述吸波涂层(2)为正四棱方锥结构，所述曲面四方锥(1)和所述吸波涂层(2)的轴线重合；任意两个相邻所述曲面四方锥(1)底部固定连接。
2.根据权利要求1所述的一种新的涂敷方锥型微波辐射计定标源单元设计，其特征在于：所述曲面四方锥(1)主视投影轮廓分为三部分，分别为两根腰线(11)和底线(12)；两根所述腰线(11)关于所述曲面四方锥(1)轴线对称设置；两根所述腰线(11)一端点相连接；两根所述腰线(11)另一端点分别与所述底线(12)两端点相连接。
3.根据权利要求2所述的一种新的涂敷方锥型微波辐射计定标源单元设计，其特征在于：所述吸波涂层(2)的主视投影的轮廓为两关于所述吸波涂层(2)的轴线对称的直腰线(21)；两所述直腰线(21)一端点相连接；两所述直腰线(21)的夹角为β，所述曲面四方锥(1)的顶点与所述吸波涂层(2)顶点的直线距离l＝t/sin(β*0.5)；其中t为现有设计的涂层厚度。
4.根据权利要求3所述的一种新的涂敷方锥型微波辐射计定标源单元设计，其特征在于：所述腰线(11)分为抛物线a段(111)和抛物线b段(112)；所述抛物线a段(111)中点远离所述曲面四方锥(1)的轴线；所述抛物线b段(112)中点靠近所述曲面四方锥(1)的轴线。
5.根据权利要求4所述的一种新的涂敷方锥型微波辐射计定标源单元设计，其特征在于：所述抛物线a段(111)的计算公式为
其中，p为所述曲面四方锥(1)的底面边长，其余a，a1，b，b1，c1为中间变量，可由下面各式计算得到：
tt＝1/tan(0.5β)’tt1＝0.125·tt，w2＝p-2t
hn＝0.5p/tan(0.5β) 0.5t/sin(0.5β)
其中，t为等效涂敷厚度，hn即所述底线(12)中点与所述吸波涂层(2)顶点的连线长度。
6.根据权利要求5所述的一种新的涂敷方锥型微波辐射计定标源单元设计，其特征在于：所述抛物线b段(112)的计算公式为
7.根据权利要求3所述的一种新的涂敷方锥型微波辐射计定标源单元设计，其特征在于：所述涂层厚度t为当所述腰线(11)为直线的时，预先设计的所述吸波涂层(2)的厚度。
技术总结