一種用于自由空間材料電磁參數(shù)測試系統(tǒng)的校準方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種用于自由空間材料電磁參數(shù)測試系統(tǒng)的校準方法，采用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的校準方法及預(yù)設(shè)置的公式，實現(xiàn)對自由空間材料測試系統(tǒng)雙端口網(wǎng)絡(luò)散射參數(shù)矩陣的校準。采用上述方案，能夠更為有效地進行自由空間材料測試系統(tǒng)校準，通過建立分離誤差項傳輸/反射模型，不需要使用精密夾具對收發(fā)天線進行移動，只需利用簡單校準件結(jié)合時域門技術(shù)，完成自由空間材料電磁參數(shù)測試系統(tǒng)的校準，避免了對高精度測試夾具的依賴。
【專利說明】一種用于自由空間材料電磁參數(shù)測試系統(tǒng)的校準方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電磁參數(shù)測試系統(tǒng)的校準【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及的是一種用于自由空間材料電磁參數(shù)測試系統(tǒng)的校準方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著微波技術(shù)的飛速發(fā)展，航空、航天、通訊技術(shù)與信息技術(shù)等高科技領(lǐng)域?qū)μ炀€、微波元器件的要求也隨之提高，使得微波/毫米波材料在這些領(lǐng)域中起到了越來越重要的作用。材料的電磁參數(shù)是其基本特性，各種微波/毫米波器件及設(shè)備的性能是否達標與材料的電磁參數(shù)有重要關(guān)系，因此在器件研發(fā)過程中首先要確定所使用材料的電磁特性，也就需要對所用材料進行相關(guān)測試。
[0003]目前常用的材料電磁參數(shù)測試方法有傳輸線法、自由空間法、諧振腔法以及單探頭反射法，其中自由空間法是利用收發(fā)天線發(fā)射微波/毫米波信號照射測試樣品，測量其反射傳輸參數(shù)，反演得到材料電磁參數(shù)。自由空間材料測試技術(shù)對材料制備要求低，只需要制備滿足一定厚度有一定面積的平整材料，無需進行精密切割加工，適合非破壞性測試，且可方便進行高低溫測試，更適應(yīng)于加工難度較高的毫米波測試。
[0004]如圖1所示，自由空間材料測試系統(tǒng)主要測試儀器為矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀11，兩端口分別連接兩天線13及14 (常用點聚焦天線)，天線間放置平板狀待測材料，矢網(wǎng)可通過GPIB或LAN總線由主控計算機12控制進行數(shù)據(jù)采集并進行電磁參數(shù)反演。
[0005]進行材料電磁參數(shù)測試要獲取傳輸/反射系統(tǒng)的S參數(shù)，必須在進行測試之前對整體系統(tǒng)進行校準，即針對待測材料進行兩端口網(wǎng)絡(luò)校準，以消除矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀內(nèi)部以及收發(fā)天線的誤差，得到微波信號透過被測材料組成的雙端口網(wǎng)絡(luò)的真實S參數(shù)，進而反演得到材料電磁參數(shù)。
[0006]根據(jù)矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀原理，建立12項誤差模型，矢網(wǎng)的校準就是通過對校準件的測量，求解系統(tǒng)誤差項，進行被測件測量時就可通過誤差項和測量值得到真實的S參數(shù)。基于同軸或波導(dǎo)的傳輸/反射法進行材料測試時，采用的是傳統(tǒng)的傳輸線，因此只需要利用傳統(tǒng)的SOLT法(即短路器、開路器、匹配負載、直通法)就可進行系統(tǒng)校準，但在自由空間中開路器及匹配負載這類校準件難以實現(xiàn)，所以無法進行校準。
[0007]另一種常用的方法校準方法是TRL法(即直通、反射、傳輸法)，可應(yīng)用到自由空間校準中，直通測量即不加入任何材料，反射測量可用標準反射板實現(xiàn)，而傳輸測量則需要移動收發(fā)天線實現(xiàn)，最佳傳輸線標準為中心波長的1/4。其校準步驟為:
[0008]1、將兩天線按一定間距(聚焦天線間距調(diào)味2倍焦距)對正放置，矢網(wǎng)進行直通測量；
[0009]2、在兩天線中間位置放置短路板校準件，矢網(wǎng)分別進行兩端口反射測量；
[0010]3、移除短路板，將兩聚焦天線間距增加約1/4中心波長，矢網(wǎng)進行傳輸測量。
[0011]完成校準后，矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀將通過自帶校準程序進行誤差項計算，再進行被測件測量時將通過計算得到真實S參數(shù)。[0012]通過分析國內(nèi)外參考文獻和類似技術(shù)，自由空間材料測試系統(tǒng)的校準多采用TRL校準方法。TRL校準過程中需要移動收發(fā)天線來模擬傳輸校準件，位移量為1/4中心波長，因此需要較為精密的機械夾具調(diào)整收發(fā)天線的距離，而且頻率越高對精度要求越高，操作也更為困難。
[0013]因此，現(xiàn)有技術(shù)存在缺陷，需要改進。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于自由空間材料電磁參數(shù)測試系統(tǒng)的校準方法。
[0015]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0016]一種用于自由空間材料電磁參數(shù)測試系統(tǒng)的校準方法，其中，包括以下步驟:
[0017]步驟1:設(shè)置不連接收發(fā)天線，對矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀進行校準；
[0018]步驟2:設(shè)置連接收發(fā)天線，在所述收發(fā)天線中間放置標準反射板，利用矢量網(wǎng)絡(luò)
分析儀測得二端口網(wǎng)絡(luò)散射S參數(shù)中的S11及S22,分別記為賦Μ ;
[0019]步驟3:設(shè)置連接收發(fā)天線，在所述收發(fā)天線中間不放置任何材料，利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測得S參數(shù)中的S11及S12，分別記為^^及私燦；
[0020]步驟4:設(shè)置連接收發(fā)天線，在所述收發(fā)天線中間不放置任何材料，在發(fā)射天線反射位置設(shè)置時域門，利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測得S參數(shù)中的S11及S22，分別記為欠^及矣L/;
[0021]步驟5:利用預(yù)設(shè)公式計算自由空間誤差源的誤差項，Ε11Α、Ε11Β、Ε22Α、Ε22Β、Ε21Α、Ε12Α、Ε12Β、Ε21Β，其中，Ε11Α、Ε11Β分別為兩端口方向性誤差，E22a, E22b分別為兩端口源失配誤差，E2ia,E12A> E12b, E21b為傳輸及反射跟蹤誤差；
[0022]步驟6:在所述收發(fā)天線中間放置待測材料，測得S參數(shù)記為S11M、S21M, S12m, S22m ；
[0023]步驟7:采用預(yù)定公式計算待測材料中S參數(shù)矩陣Sn、S21, S12, S22,完成校準。
[0024]所述的校準方法，其中，所述步驟2、所述步驟3及所述步驟4的執(zhí)行順序為互相調(diào)換。
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[0025]所述的校準方法，其中，所述步驟2中
【權(quán)利要求】
1.一種用于自由空間材料電磁參數(shù)測試系統(tǒng)的校準方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1:設(shè)置不連接收發(fā)天線，對矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀進行校準； 步驟2:設(shè)置連接收發(fā)天線，在所述收發(fā)天線中間放置標準反射板，利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測得二端口網(wǎng)絡(luò)散射S參數(shù)中的S11及S22,分別記為S1Im及; 步驟3:設(shè)置連接收發(fā)天線，在所述收發(fā)天線中間不放置任何材料，利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測得S參數(shù)中的S11及S22,分別記為仏,及； 步驟4:設(shè)置連接收發(fā)天線，在所述收發(fā)天線中間不放置任何材料，在發(fā)射天線反射位置設(shè)置時域門，利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測得S參數(shù)中的S11及S22，分別記為及; 步驟5:利用預(yù)設(shè)公式計算自由空間誤差源的誤差項，E11A、E11B、E22A、E22B、E21A、E12A、E12B、E21b，其中，E11A、E11B分別為兩端口方向性誤差，E22a, E22b分別為兩端口源失配誤差，E2ia, E12a,E12B> E21b為傳輸及反射跟蹤誤差； 步驟6:在所述收發(fā)天線中間放置待測材料，測得S參數(shù)記為S11M、S21M, S12m, S22m ； 步驟7:采用預(yù)定公式計算待測材料中S參數(shù)矩陣Sn、S21, S12, S22,完成校準。
2.如權(quán)利要求1所述的校準方法，其特征在于，所述步驟2、所述步驟3及所述步驟4的執(zhí)行順序為互相調(diào)換。
3.如權(quán)利要求2所述的校準方法，其特征在于，所述步驟2中，
4.如權(quán)利要求3所述的校準方法，其特征在于，所述步驟3中，
5.如權(quán)利要求4所述的校準方法，其特征在于，所述步驟4中，
6.如權(quán)利要求5所述的校準方法，其特征在于，所述步驟5中，
7.如權(quán)利要求6所述的校準方法，其特征在于，所述步驟6中，S11M,S21m, S12m, S22m ；
8.如權(quán)利要求7所述的校準方法，其特征在于，所述步驟7中，
【文檔編號】G01R35/00GK103630864SQ201310613942
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年11月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月26日
【發(fā)明者】杜劉革, 趙銳, 殷志軍, 劉偉, 常慶功, 王亞海 申請人:中國電子科技集團公司第四十一研究所