一種用于自由空間材料電磁參數測試系統的校準方法技術方案

本發明專利技術提供一種用于自由空間材料電磁參數測試系統的校準方法，采用矢量網絡分析儀的校準方法及預設置的公式，實現對自由空間材料測試系統雙端口網絡散射參數矩陣的校準。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天線進行移動，只需利用簡單校準件結合時域門技術，完成自由空間材料電磁參數測試系統的校準，避免了對高精度測試夾具的依賴。

【技術實現步驟摘要】
一種用于自由空間材料電磁參數測試系統的校準方法
本專利技術屬于電磁參數測試系統的校準
，尤其涉及的是一種用于自由空間材料電磁參數測試系統的校準方法。
技術介紹
隨著微波技術的飛速發展，航空、航天、通訊技術與信息技術等高科技領域對天線、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域中起到了越來越重要的作用。材料的電磁參數是其基本特性，各種微波/毫米波器件及設備的性能是否達標與材料的電磁參數有重要關系，因此在器件研發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測試。目前常用的材料電磁參數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天線發射微波/毫米波信號照射測試樣品，測量其反射傳輸參數，反演得到材料電磁參數。自由空間材料測試技術對材料制備要求低，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，更適應于加工難度較高的毫米波測試。如圖1所示，自由空間材料測試系統主要測試儀器為矢量網絡分析儀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，矢網可通過GPIB或LAN總線由主控計算機12控制進行數據采集并進行電磁參數反演。進行材料電磁參數測試要獲取傳輸/反射系統的S參數，必須在進行測試之前對整體系統進行校準，即針對待測材料進行兩端口網絡校準，以消除矢量網絡分析儀內部以及收發天線的誤差，得到微波信號透過被測材料組成的雙端口網絡的真實S參數，進而反演得到材料電磁參數。根據矢量網絡分析儀原理，建立12項誤差模型，矢網的校準就是通過對校準件的測量，求解系統誤差項，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。基于同軸或波導的傳輸/反射法進行材料測試時，采用的是傳統的傳輸線，因此只需要利用傳統的SOLT法(即短路器、開路器、匹配負載、直通法)就可進行系統校準，但在自由空間中開路器及匹配負載這類校準件難以實現，所以無法進行校準。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，而傳輸測量則需要移動收發天線實現，最佳傳輸線標準為中心波長的1/4。其校準步驟為：1、將兩天線按一定間距(聚焦天線間距調味2倍焦距)對正放置，矢網進行直通測量；2、在兩天線中間位置放置短路板校準件，矢網分別進行兩端口反射測量；3、移除短路板，將兩聚焦天線間距增加約1/4中心波長，矢網進行傳輸測量。完成校準后，矢量網絡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。通過分析國內外參考文獻和類似技術，自由空間材料測試系統的校準多采用TRL校準方法。TRL校準過程中需要移動收發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整收發天線的距離，而且頻率越高對精度要求越高，操作也更為困難。因此，現有技術存在缺陷，需要改進。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題是針對現有技術的不足，提供一種用于自由空間材料電磁參數測試系統的校準方法。本專利技術的技術方案如下：一種用于自由空間材料電磁參數測試系統的校準方法，其中，包括以下步驟：步驟1：設置不連接收發天線，對矢量網絡分析儀進行校準；步驟2：設置連接收發天線，在所述收發天線中間放置標準反射板，利用矢量網絡分析儀測得二端口網絡散射S參數中的S11及S22，分別記為及步驟3：設置連接收發天線，在所述收發天線中間不放置任何材料，利用矢量網絡分析儀測得S參數中的S11及S12，分別記為及步驟4：設置連接收發天線，在所述收發天線中間不放置任何材料，在發射天線反射位置設置時域門，利用矢量網絡分析儀測得S參數中的S11及S22，分別記為及步驟5：利用預設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，E21A、E12A、E12B、E21B為傳輸及反射跟蹤誤差；步驟6：在所述收發天線中間放置待測材料，測得S參數記為S11M、S21M、S12M、S22M；步驟7：采用預定公式計算待測材料中S參數矩陣S11、S21、S12、S22，完成校準。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的執行順序為互相調換。所述的校準方法，其中，所述步驟2中，所述的校準方法，其中，所述步驟3中，其中：e為自然常數，j為虛數單位，k為自由空間中波數，d為標準反射板厚度。所述的校準方法，其中，所述步驟4中，所述的校準方法，其中，所述步驟5中，其中：所述的校準方法，其中，所述步驟7中，上述公式中，其中：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天線進行移動，只需利用簡單校準件結合時域門技術，完成自由空間材料電磁參數測試系統的校準，避免了對高精度測試夾具的依賴。附圖說明圖1為現有技術中自由空間材料測試系統配置圖。圖2為本專利技術自由空本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于自由空間材料電磁參數測試系統的校準方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟1：設置不連接收發天線，對矢量網絡分析儀進行校準；步驟2：設置連接收發天線，在所述收發天線中間放置標準反射板，利用矢量網絡分析儀測得二端口網絡散射S參數中的S11及S22，分別記為及步驟3：設置連接收發天線，在所述收發天線中間不放置任何材料，利用矢量網絡分析儀測得S參數中的S11及S22，分別記為及步驟4：設置連接收發天線，在所述收發天線中間不放置任何材料，在發射天線反射位置設置時域門，利用矢量網絡分析儀測得S參數中的S11及S22，分別記為及步驟5：利用預設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，E21A、E12A、E12B、E21B為傳輸及反射跟蹤誤差；步驟6：在所述收發天線中間放置待測材料，測得S參數記為S11M、S21M、S12M、S22M；步驟7：采用預定公式計算待測材料中S參數矩陣S11、S21、S12、S22，完成校準。FDA0000423002530000011.jpg,FDA0000423002530000012.jpg,FDA0000423002530000013.jpg,FDA0000423002530000014.jpg,FDA0000423002530000015.jpg,FDA0000423002530000016.jpg...

【技術特征摘要】
1.一種用于自由空間材料電磁參數測試系統的校準方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟1：設置不連接收發天線，對矢量網絡分析儀進行校準；步驟2：設置連接收發天線，在所述收發天線中間放置標準反射板，利用矢量網絡分析儀測得二端口網絡散射S參數中的S11及S22，分別記為及步驟3：設置連接收發天線，在所述收發天線中間不放置任何材料，利用矢量網絡分析儀測得S參數中的S11及S22，分別記為及步驟4：設置連接收發天線，在所述收發天線中間不放置任何材料，在發射天線反射位置設置時域門，利用矢量網絡分析儀測得S參數中的S11及S22，分別記為及步驟5：利用預設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，E21A、E12A、E12B、E21B為傳輸及反射跟蹤誤差；所述其中：

【專利技術屬性】
技術研發人員：杜劉革，趙銳，殷志軍，劉偉，常慶功，王亞海，
申請(專利權)人：中國電子科技集團公司第四十一研究所，
類型：發明
國別省市：