针对研制的大功率微波 (HPM)大气等离子体实验装置中一定封闭空间内微波准光学聚焦系统的空间辐射场强分布进行测试研究。由于需测量封闭有限空间内强电磁场的非均匀分布, 直接采用 HPM辐射场测试方法已不适用。利用研制的非金属传动装置, 精确控制相对步进, 采用各向同性场测试探头作为电场测试接收系统, 通过量传完成小信号辐射场的非均匀分布测试。

在对空气-地面分层媒质中微波传播与反射理论分析的基础上,研究了地面反射对测点处不同垂直高度电场分布的影响,推导得到了电场分布随垂直高度变化曲线的振荡周期理论计算公式,针对高功率微波源总功率测量,提出了一种双天线阵列抑制地面反射影响的高功率微波辐射场测量方法,通过数值计算、低功率连续波实验、大功率短脉冲实验等进一步验证了理论公式的正确性,以及双天线阵列抑制地面反射影响方法的可行性。结果表明,与单接收天线相比,双天线阵列法可将地面反射影响由原有的4 dB降低至0.6 dB以下,从而有效减小了高功率微波辐射场的测量不确定度,为高功率微波源总功率准确测量奠定了基础。

借鉴电-磁振子组合型天线结构,设计了一种基于同轴传输结构的小型L波段高功率微波(HPM)辐射场测量系统接收天线,解决了L波段传统波导型测量系统中接收天线体积大、使用不便的问题。通过仿真研究分析了天线结构尺寸与天线增益、驻波和方向图等特性参数之间的关系,优化设计了用于L波段HPM辐射场测量的接收天线结构,并对加工的天线实物进行了测试。结果表明: 当天线口面尺寸与长度相等时,其边长与工作的中心频率对应波长存在着两倍的关系; 选择边长为100 mm可满足在1.2~1.8 GHz频段内,天线驻波系数小于1.5,增益从2.8 dB单调增大至6.1 dB,方向图主瓣宽度大于70°,辐射主轴与天线几何主轴基本一致。

利用电磁仿真软件模拟了不同结构角锥喇叭天线的增益特性，选择了增益较低的角锥喇叭天线作为X波段高功率微波测量天线。同时,对角锥喇叭天线电磁脉冲响应、有无法兰和有无直波导进行了数值计算和实验研究。数值计算结果表明：角锥喇叭天线不会对20 ns短脉冲波形产生大的影响，能够用于短脉冲测量；法兰和300 mm直波导对角锥喇叭天线增益的影响小于0.2 dB。实验结果表明：角锥天线增益随频率变化无振荡现象，300 mm直波导对角锥喇叭天线增益的影响小于0.2 dB，方向图主瓣宽度约为50°，适用于测试环境较复杂的高功率微波辐射场测量。