一種用于自由空間材料電磁參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)的校準(zhǔn)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(cè)試系統(tǒng)的校準(zhǔn)方法，采用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的校準(zhǔn)方法及預(yù)設(shè)置的公式，實(shí)現(xiàn)對(duì)自由空間材料測(cè)試系統(tǒng)雙端口網(wǎng)絡(luò)散射參數(shù)矩陣的校準(zhǔn)。采用上述方案，能夠更為有效地進(jìn)行自由空間材料測(cè)試系統(tǒng)校準(zhǔn)，通過(guò)建立分離誤差項(xiàng)傳輸/反射模型，不需要使用精密夾具對(duì)收發(fā)天線進(jìn)行移動(dòng)，只需利用簡(jiǎn)單校準(zhǔn)件結(jié)合時(shí)域門技術(shù)，完成自由空間材料電磁參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)的校準(zhǔn)，避免了對(duì)高精度測(cè)試夾具的依賴。
【專利說(shuō)明】一種用于自由空間材料電磁參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)的校準(zhǔn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電磁參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)的校準(zhǔn)【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(cè)試系統(tǒng)的校準(zhǔn)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(lái)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(dá)標(biāo)與材料的電磁參數(shù)有重要關(guān)系，因此在器件研發(fā)過(guò)程中首先要確定所使用材料的電磁特性，也就需要對(duì)所用材料進(jìn)行相關(guān)測(cè)試。
[0003]目前常用的材料電磁參數(shù)測(cè)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(hào)照射測(cè)試樣品，測(cè)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(cè)試技術(shù)對(duì)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(wú)需進(jìn)行精密切割加工，適合非破壞性測(cè)試，且可方便進(jìn)行高低溫測(cè)試，更適應(yīng)于加工難度較高的毫米波測(cè)試。
[0004]如圖1所示，自由空間材料測(cè)試系統(tǒng)主要測(cè)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(diǎn)聚焦天線)，天線間放置平板狀待測(cè)材料，矢網(wǎng)可通過(guò)GPIB或LAN總線由主控計(jì)算機(jī)12控制進(jìn)行數(shù)據(jù)采集并進(jìn)行電磁參數(shù)反演。
[0005]進(jìn)行材料電磁參數(shù)測(cè)試要獲取傳輸/反射系統(tǒng)的S參數(shù)，必須在進(jìn)行測(cè)試之前對(duì)整體系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)，即針對(duì)待測(cè)材料進(jìn)行兩端口網(wǎng)絡(luò)校準(zhǔn)，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(hào)透過(guò)被測(cè)材料組成的雙端口網(wǎng)絡(luò)的真實(shí)S參數(shù)，進(jìn)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(xiàng)誤差模型，矢網(wǎng)的校準(zhǔn)就是通過(guò)對(duì)校準(zhǔn)件的測(cè)量，求解系統(tǒng)誤差項(xiàng)，進(jìn)行被測(cè)件測(cè)量時(shí)就可通過(guò)誤差項(xiàng)和測(cè)量值得到真實(shí)的S參數(shù)?；谕S或波導(dǎo)的傳輸/反射法進(jìn)行材料測(cè)試時(shí)，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(kāi)路器、匹配負(fù)載、直通法)就可進(jìn)行系統(tǒng)校準(zhǔn)，但在自由空間中開(kāi)路器及匹配負(fù)載這類校準(zhǔn)件難以實(shí)現(xiàn)，所以無(wú)法進(jìn)行校準(zhǔn)。
[0007]另一種常用的方法校準(zhǔn)方法是TRL法(即直通、反射、傳輸法)，可應(yīng)用到自由空間校準(zhǔn)中，直通測(cè)量即不加入任何材料，反射測(cè)量可用標(biāo)準(zhǔn)反射板實(shí)現(xiàn)，而傳輸測(cè)量則需要移動(dòng)收發(fā)天線實(shí)現(xiàn)，最佳傳輸線標(biāo)準(zhǔn)為中心波長(zhǎng)的1/4。其校準(zhǔn)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(duì)正放置，矢網(wǎng)進(jìn)行直通測(cè)量；
[0009]2、在兩天線中間位置放置短路板校準(zhǔn)件，矢網(wǎng)分別進(jìn)行兩端口反射測(cè)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(zhǎng)，矢網(wǎng)進(jìn)行傳輸測(cè)量。
[0011]完成校準(zhǔn)后，矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀將通過(guò)自帶校準(zhǔn)程序進(jìn)行誤差項(xiàng)計(jì)算，再進(jìn)行被測(cè)件測(cè)量時(shí)將通過(guò)計(jì)算得到真實(shí)S參數(shù)。[0012]通過(guò)分析國(guó)內(nèi)外參考文獻(xiàn)和類似技術(shù)，自由空間材料測(cè)試系統(tǒng)的校準(zhǔn)多采用TRL校準(zhǔn)方法。TRL校準(zhǔn)過(guò)程中需要移動(dòng)收發(fā)天線來(lái)模擬傳輸校準(zhǔn)件，位移量為1/4中心波長(zhǎng)，因此需要較為精密的機(jī)械夾具調(diào)整收發(fā)天線的距離，而且頻率越高對(duì)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(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)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(cè)試系統(tǒng)的校準(zhǔn)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(cè)試系統(tǒng)的校準(zhǔn)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(duì)矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行校準(zhǔn)；
[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(biāo)準(zhǔn)反射板，利用矢量網(wǎng)絡(luò)
分析儀測(cè)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(cè)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(shí)域門，利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)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(jì)算自由空間誤差源的誤差項(xiàng)，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(cè)材料，測(cè)得S參數(shù)記為S11M、S21M, S12m, S22m ；
[0023]步驟7:采用預(yù)定公式計(jì)算待測(cè)材料中S參數(shù)矩陣Sn、S21, S12, S22,完成校準(zhǔn)。
[0024]所述的校準(zhǔn)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?yàn)榛ハ嗾{(diào)換。
E J7
[0025]所述的校準(zhǔn)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(cè)試系統(tǒng)的校準(zhǔn)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(duì)矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行校準(zhǔn)； 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(biāo)準(zhǔn)反射板，利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)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(cè)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(shí)域門，利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)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(jì)算自由空間誤差源的誤差項(xiàng)，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(cè)材料，測(cè)得S參數(shù)記為S11M、S21M, S12m, S22m ； 步驟7:采用預(yù)定公式計(jì)算待測(cè)材料中S參數(shù)矩陣Sn、S21, S12, S22,完成校準(zhǔn)。
2.如權(quán)利要求1所述的校準(zhǔn)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?yàn)榛ハ嗾{(diào)換。
3.如權(quán)利要求2所述的校準(zhǔn)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(zhǔn)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(zhǔn)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(zhǔn)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(zhǔn)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(zhǔn)方法，其特征在于，所述步驟7中，
【文檔編號(hào)】G01R35/00GK103630864SQ201310613942
【公開(kāi)日】2014年3月12日 申請(qǐng)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(qǐng)人:中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十一研究所