CN105973943B - 一种吸波材料行波抑制性能测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种吸波材料行波抑制性能测试装置及方法，金属平板为整个行波产生和接收变换装置的接地板；矢量网络分析仪提供测试信号发射和接收功能；矢量网络分析仪的发射端口为测量系统提供测试激励信号，经过微波电缆、功率放大器和同轴微带转换结构连接；测试电磁波信号经同轴微带转换后馈入平行板慢波结构，激励形成表面行波；吸波材料衰减后的信号经过平行板渐变波导段、平行板波导结构和微带线结构、同轴微带转换结构馈入功率放大器放大后，通过微波电缆与矢量网络分析仪接收端口连接，实现幅相相参测量。本发明对表面行波场的干扰小，有利于提高测试精度；可有效提高系统的集成度和降低制造成本。

Description

一种吸波材料行波抑制性能测试装置及方法

技术领域

本发明属于电磁技术领域，特别是微波、毫米波材料行波抑制测试技术领域。

背景技术

随着现代无线电技术和雷达探测系统的迅猛发展，极大地增强了战争中搜索和跟踪目标的能力，传统的飞行器所受到的威胁越来越严重。对战机而言，隐身能力的高低已成为提高生存能力，获取不对称作战优势的必不可少的重要手段。当电磁波掠入射到导体表面时，由于存在切向电场分量会在导体表面激励起表面电流形成表面行波，当表面电流遇到不连续处时，会向各个方向产生辐射，其中一部分成为后向散射场，这对雷达散射截面(RCS)具有不可忽视的贡献。作为雷达吸波材料应用基础的一部分，准确测量材料对于表面行波的抑制性能，特别是研究导体表面涂覆吸波材料对表面行波的影响，是雷达吸波材料的研制、减小飞行器雷达散射截面的研究的必要手段，具有越来越重要的现实意义。

目前常用的行波抑制性能测试方法存在测试材料表面行波激励困难效率低、测试系统复杂、测试效率低、测试成本高及样品加工制作要求高等问题。

发明内容

本发明针对雷达吸波材料的行波抑制性能测试需求，提出了一种新型的基于微带平行板慢波结构的吸波材料行波抑制测试方法，实现表面行波的高效激励和准确测试的方法，本发明方法能实现测试频率范围内的连续扫频测试，准确测量吸波材料在不同频率下的行波抑制性能。

本发明的技术方案如下：

一种吸波材料行波抑制性能测试装置，包括具有对称结构的行波产生和接收装置1、能量信号传输系统2、矢量网络分析仪3；

行波产生和接收装置1包括第一同轴微带转换结构11和第二同轴微带转换结构12，第一微带线结构13、第二微带线结构14，第一平行板波导结构15、第二平行板波导结构16，第一平行板渐变波导段17、第二平行板渐变波导段18，慢波结构19和金属平板110构成，金属平板110为整个行波产生和接收装置1的一个接地板；

信号能量传输系统2是由微波电缆21、22，功率放大器23、24组成；

矢量网络分析仪3为信号源和接收机，提供测试信号发射和接收功能；

矢量网络分析仪3的发射端口为测量系统提供测试激励信号，经过微波电缆21、功率放大器23和同轴微带转换结构11连接；

测试电磁波信号经同轴微带转换后馈入平行板慢波结构，激励形成表面行波；

吸波材料衰减后的信号经过第二平行板渐变波导段18、第二平行板波导结构16和微带线结构14、第二同轴微带转换结构12馈入第二功率放大器24放大后，通过第二微波电缆22 与矢量网络分析仪3接收端口连接，实现幅相相参测量。

一种吸波材料行波抑制性能测试方法，步骤为：

1)行波产生和接收装置1放置在平稳测试台上，矢量网络分析仪3经过第一微波电缆 21、第一功率放大器23和第一同轴微带转换结构21连接；电磁能量通过第一微波电缆21和第一功率放大器23到达第一同轴微带转换结构11，电磁波的模式通过第一同轴微带转换结构11、第一微带线结构13、第一平行板波导结构15、第一平行板渐变波导段17和慢波结构19，从TEM模转换为准TEM模，然后又逐渐转换为表面行波；表面行波能量又通过第二平行板渐变波导段18、第二平行板波导结构16、第二微带线结构14、第二同轴微带转换结构12、第二功率放大器24和第二微波电缆22输入到矢量网络分析仪3中；

2)测试系统网络矢量分析仪开机准备，至少预热30min；

3)预热时间足够后，将玻璃钢或者聚四氟乙烯材料放置在金属平板110上，进行响应校准，S₂₁曲线大致为一条直线，得到S_21A；

4)测量标准样品响应：将标准样品放置在金属平板110的待测位置区，利用水平仪定位；

5)将待测样品放置在待测位置区，进行测试，得到新的S21曲线。测得S_21B

6)将测得到的结果S_21B与S_21A做矢量相减，差值与样品长度d做换算，得出单位距离，其振幅的衰减量，即衰减系数，计算过程如下：

SC＝(S_21B－S_21A)/d

式中，SC为被测材料抑制系数，S_21A和S_21B分别是放置标准样品和放置待测样品后测得的传输系数，d为样品长度。

行波产生和接收装置1，是将行波产生和接收装置一体化设计。信号接收传感器采用了与行波产生装置结构对称的设计形式，该设计相对于用探针天线作为接收装置的系统具有较高的增益，并有一定的接收方向性利于环境干扰信号的抑制，同时该结构具有良好的阻抗匹配特性，且接收装置自身结构对表面行波场的干扰小，有利于提高测试精度；这种设计可有效提高系统的集成度和降低制造成本。

本发明在铺设有吸波材料的空间中进行测试。

本发明提出测试方法技术方案如图1，采用在行波管领域广泛应用的慢波结构原理，将测试电磁波信号经同轴微带转换后馈入平行板慢波结构，激励形成高质量的表面行波，在表面行波传播方向上的吸波材料样品测试区后面安装电磁信号接收传感器，使用测量接收机分别测量样品测试区空载(不放置任何测试样品或标准样品)状态和放置待测吸波材料样品两种状态下的传输响应，采用比较法计算两种状态下的传输响应，获得待测吸波材料的行波抑制性能。

附图说明

图1技术方案图。

图2测试系统结构图。

图3系统实物图

图4系统实测图

具体实施方式

见见图1、图2，基于上述技术方案，本发明设计构建了一种新型雷达吸波材料行波抑制性能测试系统，测试系统包括具有对称结构的行波产生和接收装置1、能量信号传输系统2、矢量网络分析仪3。本发明在铺设有吸波材料4的空间中进行测试。。

行波产生和接收装置1，是将行波产生和接收装置一体化设计。信号接收传感器采用了与行波产生装置结构对称的设计形式，该设计相对于用探针天线作为接收装置的系统具有较高的增益，并有一定的接收方向性利于环境干扰信号的抑制，同时该结构具有良好的阻抗匹配特性，且接收装置自身结构对表面行波场的干扰小，有利于提高测试精度；这种设计可有效提高系统的集成度和降低制造成本。装置包括同轴微带转换结构11、12，微带线结构13、 14，平行板波导结构15、16，平行板渐变波导段17、18，慢波结构19和金属平板110构成，金属平板110为整个行波产生和接收装置1的一个接地板。

信号能量传输系统2是由第一微波电缆21、第二微波电缆22，第一功率放大器23、第二功率放大器24组成。

信号源和接收机采用矢量网络分析仪3提供测试信号发射和接收功能，发射端口为测量系统提供测试激励信号，经过第一微波电缆21、第一功率放大器23和第一同轴微带转换结构11连接；吸波材料衰减后的信号由同轴微带转换结构第二12馈入第二功率放大器24放大后，通过第二微波电缆22与矢量网络分析仪3接收端口连接，实现幅相相参测量。

一种吸波材料行波抑制性能测试方法，步骤为：

1)行波产生和接收装置1放置在平稳测试台上，矢量网络分析仪3经过第一微波电缆21、第一功率放大器23和第一同轴微带转换结构21连接；电磁能量通过第一微波电缆21和第一功率放大器23到达第一同轴微带转换结构11，电磁波的模式通过第一同轴微带转换结构11、第一微带线结构13、第一平行板波导结构15、第一平行板渐变波导段17和慢波结构19，从TEM模转换为准TEM模，然后又逐渐转换为表面行波；表面行波能量又通过第二平行板渐变波导段18、第二平行板波导结构16、第二微带线结构14、第二同轴微带转换结构12、第二功率放大器24和第二微波电缆22输入到矢量网络分析仪3中；

2)测试系统网络矢量分析仪开机准备，至少预热30min；

3)预热时间足够后，将玻璃钢或者聚四氟乙烯材料放置在金属平板110上，进行响应校准，S₂₁曲线大致为一条直线，得到S_21A；

4)测量标准样品响应：将标准样品放置在金属平板110的待测位置区，利用水平仪定位；

5)将待测样品放置在待测位置区，进行测试，得到新的S21曲线，测得S_21B

6)将测得到的结果S_21B与S_21A做矢量相减，差值与样品长度d做换算，得出单位距离，其振幅的衰减量，即衰减系数，计算过程如下：

SC＝(S_21A－S_21B)

式中，SC为被测材料抑制系数，S_21A和S_21B分别是放置标准样品和放置待测样

品后测得的传输系数，d为样品长度。

本发明采用慢波结构产生表面行波，电磁波通过同轴微带转换结构、微带结构、平行板波导结构、平行板渐变波导段和慢波结构等结构，其模式从TEM模转换为准TEM模，然后又逐渐转换为表面行波，这种结构能够获得较纯净的表面波，获得的测试结果准确，实测图见图3、图4。

见图3，系统测试曲线图中：曲线①为参考基准线，该曲线为金属平板110上放置聚四氟乙烯材料时，由矢量网络分析仪测试获得的S21响应参数曲线；曲线②为吸波材料的S21响应曲线，该曲线为金属平板110上放置吸波材料时，由矢量网络分析仪测试获得的S21响应参数曲线；测试频率范围为：1-12GHz；被测材料抑制系数由式(1)计算获得。

见图4，系统重复性测试曲线图，图中：曲线为吸波材料的S21响应曲线，该曲线为每隔10分钟分次在金属平板110上放置同一片吸波材料，由矢量网络分析仪测试获得的该吸波材料每次的S21响应参数曲线，以验证测试系统的重复性和稳定性；测试频率范围为：1-12GHz。

本发明系统结构简单而且集成度很高，系统具有极强的稳定性，能有效的控制环境变量影响。

本发明对于加载标准样品的情况使用响应校准，便可以以加载标准样品的情况作为基准，然后对加载待测样品的情况进行测试，得到材料对行波的抑制效果。

Claims (2)

1.一种吸波材料行波抑制性能测试装置，其特征在于，包括行波产生和接收装置、能量信号传输系统、矢量网络分析仪；

行波产生和接收装置具有对称结构，包括第一同轴微带转换结构和第二同轴微带转换结构，第一微带线结构、第二微带线结构，第一平行板波导结构、第二平行板波导结构，第一平行板渐变波导段、第二平行板渐变波导段，慢波结构和金属平板构成，金属平板为整个行波产生和接收装置的一个接地板；

信号能量传输系统是由微波电缆，功率放大器组成；

矢量网络分析仪为信号源和接收机，提供测试信号发射和接收功能；

矢量网络分析仪的发射端口为测量系统提供测试激励信号，经过微波电缆、功率放大器和同轴微带转换结构连接；

测试电磁波信号经同轴微带转换后馈入平行板慢波结构，激励形成表面行波；

吸波材料衰减后的信号经过第二平行板渐变波导段、第二平行板波导结构和微带线结构、第二同轴微带转换结构馈入第二功率放大器放大后，通过第二微波电缆与矢量网络分析仪接收端口连接，实现幅相相参测量。

2.一种吸波材料行波抑制性能测试方法，步骤为：

1）行波产生和接收装置放置在平稳测试台上，矢量网络分析仪经过第一微波电缆、第一功率放大器和第一同轴微带转换结构连接;电磁能量通过第一微波电缆和第一功率放大器到达第一同轴微带转换结构，电磁波的模式通过第一同轴微带转换结构、第一微带线结构、第一平行板波导结构、第一平行板渐变波导段和慢波结构，从TEM模转换为准TEM模，然后又逐渐转换为表面行波;表面行波能量又通过第二平行板渐变波导段、第二平行板波导结构、第二微带线结构、第二同轴微带转换结构、第二功率放大器和第二微波电缆输入到矢量网络分析仪中；

2）测试系统网络矢量分析仪开机准备，至少预热30min;

3）预热时间足够后，将玻璃钢或者聚四氟乙烯材料放置在金属平板上，进行响应校准，S21曲线大致为一条直线，得到S_21A;

4）测量标准样品响应:将标准样品放置在金属平板的待测位置区，利用水平仪定位；

5）将待测样品放置在待测位置区，进行测试，得到新的S21曲线，测得S_21B；

6）将测得到的结果S_21B与S_21A做矢量相减，差值与样品长度d做换算，得出单位距离，其振幅的衰减量，即衰减系数，计算过程如下：

SC= （S_21B－S_21A）/d

式中，SC为被测材料抑制系数，S_21A和S_21B分别是放置标准样品和放置待测样品后测得的传输系数，d为样品长度。