CN103412227B - 一种基于绕射抑制的频选雷达天线罩传输性能测试系统及其方法 - Google Patents

Abstract

一种基于绕射抑制的频选雷达天线罩传输性能测试系统，包括发射天线、测试背板、接收天线、同轴射频电缆、矢量网络分析仪，测试背板由金属板和吸波材料组成，金属板朝向接收天线一侧，吸波材料朝向发射天线一侧。测试方法包括以下步骤：1）安装基于绕射抑制的频选雷达天线罩传输性能测试系统；2）测试背板上不安装FSS天线罩，使用矢量网络分析仪对发射天线和接收天线之间穿过测试背板测试窗口的射频通路进行一次校准；3）将FSS天线罩固定在测试窗口上，使用矢量网络分析仪测量发射天线和接收天线之间的FSS天线罩的插入损耗参数。本发明的有益效果：金属板代替木质板避免电磁波透射和绕射对测试数据影响；校准测试进一步提高测试精度。

Description

一种基于绕射抑制的频选雷达天线罩传输性能测试系统及其方法

技术领域

本发明专利属于电磁兼容测试领域，具体涉及一种基于绕射抑制的频选雷达天线罩传输性能测试系统及其方法。

背景技术

由于频率选择表面(Frequency Selective Surface，FSS)材料具有通带宽、带内插损小和带外插损大的特点，采用FSS材料成形的天线罩可应用于雷达天线上。在雷达工作频段，FSS天线罩插入损耗低于1dB，对雷达战技指标影响较小；在其它频段，FSS天线罩插入损耗较大，电磁特性和金属板相似，不仅可大幅度降低外部进入雷达天线的射频能量，更可降低因天线外形造成的电磁波反射。随着相控阵雷达大范围应用和舰船等武器装备平台雷达反射截面（RCS）的要求不断提高，基于FSS材料的成型雷达天线罩将得到非常广泛的应用。

FSS材料的设计依赖软件电磁仿真，但实际生产出来的的FSS材料成形天线罩受到加工精度、介质介电常数、材料均匀性等因素影响，整罩的性能指标和设计指标存在差异，需要通过实际测试来验证。

FSS天线罩的测试大多在电波暗室中进行，将FSS天线罩固定在测试背板上，将测试背板竖直放置在发射天线和接收天线之间，通过比较FSS天线罩安装前后接收天线的输出功率，即可计算FSS天线罩的插入损耗性能。对于测试背板采用木板上敷设吸波材料的结构形式，存在这两个方面的问题：一是吸波材料对电磁波吸收有限，部分电磁波能量将透过吸波材料和木板；二是FSS天线罩周边的预埋金属边框引起电磁波的绕射。这两个方面的问题都将影响FSS天线罩的测试精度，尤其后者对结果影响更大，甚至可能导致完全错误的结果。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有天线罩测试存在的上述不足，提供一种基于绕射抑制的频选雷达天线罩传输性能测试系统及其方法。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种基于绕射抑制的频选雷达天线罩传输性能测试系统，包括发射天线、测试背板、接收天线、同轴射频电缆、矢量网络分析仪，所述发射天线和接收天线相向放置，测试背板竖直放置于发射天线和接收天线的中间，所述测试背板的外形与FSS天线罩外形匹配，其正中心开设有一测试窗口，FSS天线罩固定在测试背板的测试窗口上，发射天线和接收天线分别通过同轴射频电缆与矢量网络分析仪的发射端口和接收端口连接，其特征在于：所述测试背板由金属板和吸波材料组成，吸波材料敷设在金属板上，金属板朝向接收天线一侧，吸波材料朝向发射天线一侧。

按上述方案，所述测试背板的单边最小长度尺寸L_min为：

$L_{\min }=4.5\sqrt{{5\mathrm{\λ}}^2+\mathrm{d\λ}}$

其中，d为发射天线和接收天线之间的距离，λ为测试频率对应的波长。

按上述方案，所述测试背板为正方形结构。

按上述方案，所述FSS天线罩的外围预埋有一金属边框，所述测试窗口的尺寸比FSS天线罩预埋的金属边框尺寸小至少1倍λ，其中λ为测试频率对应的波长。

按上述方案，所述FSS天线罩通过非金属螺钉固定在测试背板的测试窗口上。

本发明还提供了一种基于绕射抑制的频选雷达天线罩传输性能测试方法，包括以下步骤：

1）安装由发射天线、测试背板、接收天线、同轴射频电缆、矢量网络分析仪组成的基于绕射抑制的频选雷达天线罩传输性能测试系统：将发射天线和接收天线相向放置，测试背板竖直放置于发射天线和接收天线的中间，测试背板与FSS天线罩外形匹配、由金属板和吸波材料组成，吸波材料敷设在金属板上，金属板朝向接收天线一侧，吸波材料朝向发射天线一侧；测试背板的外形与FSS天线罩外形匹配，其正中心开设有一测试窗口；测试背板吸波材料一侧的发射天线和金属板一侧的接收天线分别通过同轴射频电缆与矢量网络分析仪的发射端口和接收端口连接；

2）测试背板上不安装FSS天线罩，使用矢量网络分析仪对发射天线和接收天线之间穿过测试背板测试窗口的射频通路进行校准；

3）将FSS天线罩固定在测试背板的测试窗口上，使用矢量网络分析仪测量放置在测试背板两侧的发射天线和接收天线之间的传输参数，测得的传输参数形成的曲线即为FSS天线罩的插入损耗数据。

按上述方案，所述步骤2）中射频通路校准具体为：使发射天线和接收天线之间射频通路各频率的传输参数始终位于0dB。

按上述方案，所述步骤3）中FSS天线罩通过非金属螺钉固定在测试背板的测试窗口上。

按上述方案，所述测试背板为正方形结构，所述测试背板的单边最小长度尺寸L_min为：

$L_{\min }=4.5\sqrt{{5\mathrm{\λ}}^2+\mathrm{d\λ}}$

其中，d为发射天线和接收天线之间的距离，λ为测试频率对应的波长。

按上述方案，所述FSS天线罩的外围预埋有一金属边框，所述测试窗口的尺寸比FSS天线罩预埋的金属边框尺寸小至少1倍λ，其中λ为测试频率对应的波长。

本发明的工作原理：采用与FSS天线罩外形匹配的、由金属板和吸波材料组合而成的测试背板，在FSS天线罩安装前后，通过使用矢量网络分析仪测量放置在测试背板两侧的发射天线和接收天线之间路径的插入损耗参数，从而计算FSS天线罩的插入损耗性能数据。

本发明与现有技术相比具有的有益效果：采用一定尺寸、一定厚度的金属板代替木质板，放置在发射天线和接收天线之间，避免了电磁波透射和绕射对测试数据的影响；同时采用特定的校准测试流程，提高了测试精度，起到准确测定FSS天线罩插入损耗性能的作用；在电波暗室的测试条件下准确获得频选雷达天线罩的传输性能数据。

附图说明

图1是本发明FSS天线罩插入损耗性能测试布置原理框图；

图中，1-发射天线，2-测试背板，21-金属板，22-吸波材料，23-测试窗口，3-FSS天线罩，4-接收天线，5-同轴射频电缆，6-矢量网络分析仪。

图2是某型L波段雷达FSS天线罩采用木质板和金属板进行插入损耗性能测试比较图。

具体实施方式

下面结合某型L波段相控阵雷达的FSS天线罩对本发明的技术方案做进一步的说明。

参照图1所示，本发明所述的基于绕射抑制的频选雷达天线罩传输性能测试系统，包括发射天线1、测试背板2、FSS天线罩3、接收天线4、同轴射频电缆5、矢量网络分析仪6，所述发射天线1和接收天线4相向放置（满足远场条件），测试背板2竖直放置于发射天线1和接收天线4的中间，所述测试背板2的外形与FSS天线罩3外形匹配，其正中心开设有一测试窗口23，FSS天线罩3通过非金属螺钉固定在测试背板2的测试窗口23上，发射天线1和接收天线4分别通过同轴射频电缆5与矢量网络分析仪6的发射端口A和接收端口B连接，所述测试背板2由金属板21和吸波材料22组成，吸波材料22敷设在金属板21上，金属板21朝向接收天线4一侧（用于抑制透射电磁波），吸波材料22朝向发射天线1一侧（用于金属板21和FSS天线罩3的绕射抑制）。

为了避免金属板21的绕射对测试结果的影响，绕射路径长度至少比直射路径长度大10倍λ，则测试背板2的单边最小长度尺寸L_min为：

$L_{\min }=4.5\sqrt{{5\mathrm{\λ}}^2+\mathrm{d\λ}}$

其中，d为发射天线1和接收天线4之间的距离，λ为测试频率对应的波长。

某型L波段雷达工作频率1.2GHz，测试频率对应的波长λ=0.25m，其FSS成型天线罩长1.8m，高0.8m，FSS天线罩3的预埋金属边框（图1中FSS罩上下两侧阴影部分）宽0.05m，则天线罩的FSS材料尺寸为长1.7m、高0.7m。测试的发射天线1和接收天线4采用宽带双脊喇叭天线，分别满足远场距离4m，实际测试距离取d=6m，测试背板2放置于发射天线1和接收天线4中间，距离均为3m。测试布置如图1所示。

根据上述公式，计算测试背板2的单边最小长度尺寸L_min为：

$L_{\min }=4.5\sqrt{{5\mathrm{\λ}}^2+\mathrm{d\λ}}\≈6.1m$

为便于加工，测试背板2采用正方形结构，尺寸为L×L＝6.1×6.1m。

所述FSS天线罩3的外围预埋有一金属边框，所述测试窗口23的尺寸比预埋金属边框后的FSS天线罩3的尺寸至少小于1倍λ，用于方便安装FSS天线罩3，其中λ为测试频率对应的波长，针对上述某型L波段雷达的FSS天线罩3的尺寸，取测试窗口23的尺寸为1.4×0.4m。

本发明基于绕射抑制的频选雷达天线罩传输性能测试方法，包括以下步骤：

1）安装好上述基于绕射抑制的频选雷达天线罩传输性能测试系统；

2）测试背板2上不安装FSS天线罩3，使用矢量网络分析仪6对发射天线1和接收天线4之间穿过测试背板2测试窗口23的射频通路进行校准：随着频率的变化，发射天线1和接收天线4之间的射频通路的插入损耗参数始终位于0dB；

3）将FSS天线罩3固定在测试背板2的测试窗口23上，使用矢量网络分析仪6测量放置在测试背板2两侧的发射天线1和接收天线4之间的传输参数，测得的传输参数形成的曲线即为FSS天线罩的插入损耗数据。

采用上述测试方法，分别在木质板和本发明提出的金属板上对FSS天线罩3安装前后的插入损耗性能进行测试，通过使用矢量网络分析仪6测量放置在测试背板2两侧的发射天线1和接收天线4之间的传输参数，测得的传输参数形成的曲线如图2所示。结果表明，采用木质板测试时由于FSS天线罩预埋金属边框引起电磁波的绕射和穿过木质板的透射电磁波，出现了插入损耗曲线大于零的错误结果，影响了测试结果的正确性。金属板21结合吸波材料22的设置避免了绕射和透射电磁波的影响，结果曲线在L波段呈现明显的通带（插入损耗小于1dB），得到了准确的测试结果。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于绕射抑制的频选雷达天线罩传输性能测试系统，包括发射天线、测试背板、接收天线、同轴射频电缆、矢量网络分析仪，所述发射天线和接收天线相向放置，测试背板竖直放置于发射天线和接收天线的中间，所述测试背板的外形与FSS天线罩外形匹配，其正中心开设有一测试窗口，FSS天线罩固定在测试背板的测试窗口上，发射天线和接收天线分别通过同轴射频电缆与矢量网络分析仪的发射端口和接收端口连接，其特征在于：所述测试背板由金属板和吸波材料组成，吸波材料敷设在金属板上，金属板朝向接收天线一侧，吸波材料朝向发射天线一侧；所述测试背板的单边最小长度尺寸L_min为：

$L_{\min }=4.5\sqrt{5{\mathrm{\λ}}^2+\mathrm{d\λ}}$

其中，d为发射天线和接收天线之间的距离，λ为测试频率对应的波长。

2.如权利要求1所述的基于绕射抑制的频选雷达天线罩传输性能测试系统，其特征在于：所述测试背板为正方形结构。

3.如权利要求1所述的基于绕射抑制的频选雷达天线罩传输性能测试系统，其特征在于：所述FSS天线罩的外围预埋有金属边框，所述测试窗口的尺寸比FSS天线罩预埋的金属边框尺寸小至少1倍λ，其中λ为测试频率对应的波长。

4.如权利要求1所述的基于绕射抑制的频选雷达天线罩传输性能测试系统，其特征在于：所述FSS天线罩通过非金属螺钉固定在测试背板的测试窗口上。

5.一种基于绕射抑制的频选雷达天线罩传输性能测试方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)安装由发射天线、测试背板、接收天线、同轴射频电缆、矢量网络分析仪组成的基于绕射抑制的频选雷达天线罩传输性能测试系统：将发射天线和接收天线相向放置，测试背板竖直放置于发射天线和接收天线的中间，测试背板与FSS天线罩外形匹配、由金属板和吸波材料组成，吸波材料敷设在金属板上，金属板朝向接收天线一侧，吸波材料朝向发射天线一侧；测试背板的外形与FSS天线罩外形匹配，其正中心开设有一测试窗口；测试背板吸波材料一侧的发射天线和金属板一侧的接收天线分别通过同轴射频电缆与矢量网络分析仪的发射端口和接收端口连接；

2)测试背板上不安装FSS天线罩，使用矢量网络分析仪对发射天线和接收天线之间穿过测试背板测试窗口的射频通路进行校准；

3)将FSS天线罩固定在测试背板的测试窗口上，使用矢量网络分析仪测量放置在测试背板两侧的发射天线和接收天线之间的传输参数，测得的传输参数形成的曲线即为FSS天线罩的插入损耗数据；

所述测试背板为正方形结构，所述测试背板的单边最小长度尺寸L_min为：

$L_{\min }=4.5\sqrt{5{\mathrm{\λ}}^2+\mathrm{d\λ}}$

其中，d为发射天线和接收天线之间的距离，λ为测试频率对应的波长。

6.如权利要求5所述的基于绕射抑制的频选雷达天线罩传输性能测试方法，其特征在于：所述步骤2)中射频通路的校准具体为：使发射天线和接收天线之间射频通路各频率的传输参数始终位于0dB。

7.如权利要求5所述的基于绕射抑制的频选雷达天线罩传输性能测试方法，其特征在于：所述步骤3)中FSS天线罩通过非金属螺钉固定在测试背板的测试窗口上。

8.如权利要求5所述的基于绕射抑制的频选雷达天线罩传输性能测试方法，其特征在于：所述FSS天线罩的外围预埋有一金属边框，所述测试窗口的尺寸比FSS天线罩的预埋金属边框尺寸小至少1倍λ，其中λ为测试频率对应的波长。