CN110542799B - 一种电厚度贴合反射式测试用介质填充波导探头设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电厚度贴合反射式测试用介质填充波导探头设计方法，属于测试技术领域，本发明通过介质填充，将反射式电厚度测试波导探头端口失配影响，分解为结构不连续性失配影响和介质不连续性失配影响，能够分别或组合降低总体影响，从而降低或消除现有反射式测试装置探头与被测天线罩外表面的失配反射，解决了贴合反射式电厚度测量方法的工程应用问题，并提供了良好的测量线性度。

Description

一种电厚度贴合反射式测试用介质填充波导探头设计方法

技术领域

本发明属于测试技术领域，具体涉及一种电厚度贴合反射式测试用介质填充波导探头设计方法。

背景技术

电厚度是指电磁波辐射穿越非真空介质空间时，相对于同样几何尺寸的真空路径增加的波数，可等效为电磁波在介质中传播相对于真空增加的相位延迟，称为插入相位延迟(IPD)。IPD参数对于雷达天线罩的设计具有重要的意义，必须要在制作过程中测量。传统的IPD测试是在微波收发天线之间放置被测天线罩，通过测量不同天线罩造成的传输相位差异进行比对测量，或者与不放置天线罩时的传输相位比对进行绝对测量。

随着雷达天线罩研制要求的提高，一些新型的天线罩出现了体积小、非回转面异形结构、制造过程不能脱模等特点，导致无法采用传输式测试方法，提出了反射式测量的要求，即微波收发探头合并，利用天线罩内壁的金属胎模反射信号，在天线罩外壁利用反射系数的相位变化感知IPD。

如图1所示，反射计测量得到的反射系数与测试波导探头之间存在分式线性变换关系，主要由端口失配反射Γ_port和携带IPD信息的反射信号Γ_IPD决定。当Γ_IPD强度大于Γ_port时，测量得到的反射系数Γ的相位与IPD呈稳定的单调映射关系，实现电厚度测量。二者强度差越大，映射的线性度越好，越有利于测量应用。

现有技术的缺点：

由于存在电磁波传输介质和导波结构的双重突变，微波反射计波导探头与天线罩外壁之间往往存在严重失配，大部分工程应用中很难满足Γ_IPD强度大于Γ_port的要求，导致测量得到的反射系数相位不能单调地反映IPD的变化，从而严重制约了反射法在电厚度测量中的直接应用。

发明内容

针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出了一种电厚度贴合反射式测试用介质填充波导探头设计方法，设计合理，通过在测量探头波导管中填充介质降低测试端口失配反射的影响，削弱Γ_port甚至使之趋近于零，从而提高Γ_IPD的相对强度，进而提高反射法在电厚度测量中的实用效果，克服了现有技术的不足，具有良好的效果。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种电厚度贴合反射式测试用介质填充波导探头设计方法，包括如下步骤：

步骤1：在测试波导与被测天线罩接触的一端，密实填充一段与被测天线罩相同的介质材料，长度记为L；用以消除测试端面的介质不连续性，将测试端面不连续性影响Γ_port，分解为结构不连续性影响Γ_str和填充介质在测试波导内部导致的介质面不连续性影响Γ_med两部分；

Γ_port＝Γ_str+Γ_med；

步骤2：将填充介质在测试波导内的过渡面设置为对称尖劈形状，劈尖到底座的高度记为H，劈尖能够沿测试波导方向突出到填充介质之外，也能够凹陷到填充介质之内；在波导结构确定的情况下，H决定了Γ_med的强度；

步骤3：将测试波导的填充端口设置为全吸收端口，利用电磁结构仿真软件，以H为变量，计算得到不同工作频率下，左端口看入的反射系数Γ与H的对应关系曲线，即Γ_med与H的对应关系曲线；以天线罩反射系数Γ_IPD的强度为参考，当H足够大时，Γ_med趋近于零；

步骤4：将尖劈高度H设置为足够大，将测试波导的右端口设置为连接半空间介质或其等效负载，利用电磁结构仿真软件，计算得到不同工作频率下，左端口看入的反射系数Γ，即Γ_str；

步骤5：在Γ_med与H的对应关系曲线中，找到Γ_med强度等于Γ_str的H，据此设定测试波导内尖劈的高度，仍然将测试波导的右端口设置为连接半空间介质或其等效负载，利用电磁结构仿真软件，以L为变量，计算得到不同工作频率下，左端口看入的反射系数Γ，以Γ的模值尽可能小为原则，得到系列L值；

步骤6：根据步骤5得到的H和L值，加工介质材料，紧密填充于测试波导探头，即得到介质填充波导探头。

通过该探头右端口贴合被测天线罩，利用微波反射计等通用测量仪器从探头左端口测量得到的反射系数相位将与天线罩的IPD具有良好单调映射关系，并具有较好的线性关系。

利用足够的试验条件，步骤3到5的数值仿真也可以通过实物测试验证实现。

本发明所带来的有益技术效果：

本发明通过介质填充，将反射式电厚度测试波导探头端口失配影响，分解为结构不连续性失配影响和介质不连续性失配影响，能够分别或组合降低总体影响，从而降低或消除现有反射式测试装置探头与被测天线罩外表面的失配反射，解决了贴合反射式电厚度测量方法的工程应用问题，并提供了良好的测量线性度。

附图说明

图1为反射计测量得到的反射系数与测试波导探头之间的分式线性变换关系示意图。

图2为介质填充波导探头的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

一种电厚度贴合反射式测试用介质填充波导探头设计方法，包括如下步骤：

步骤1：在测试波导与被测天线罩接触的一端，密实填充一段与被测天线罩相同的介质材料，长度记为L，如图2所示；用以消除测试端面的介质不连续性，将测试端面不连续性影响Γ_port，分解为结构不连续性影响Γ_str和填充介质在测试波导内部导致的介质面不连续性影响Γ_med两部分；

Γ_port＝Γ_str+Γ_med；

步骤2：将填充介质在测试波导内的过渡面设置为对称尖劈形状，劈尖到底座的高度记为H，如图2所示，劈尖可以沿测试波导方向突出到填充介质之外，也可以凹陷到填充介质之内；在波导结构确定的情况下，H决定了Γ_med的强度；

步骤3：将测试波导的填充端口(比如右端口)设置为全吸收端口，利用电磁结构仿真软件，以H为变量，计算得到不同工作频率下，左端口看入的反射系数Γ与H的对应关系曲线，即Γ_med与H的对应关系曲线；以天线罩反射系数Γ_IPD的强度为参考，当H足够大时，Γ_med趋近于零；

步骤4：将尖劈高度H设置为足够大，将测试波导的右端口设置为连接半空间介质或其等效负载，利用电磁结构仿真软件，计算得到不同工作频率下，左端口看入的反射系数Γ，即Γ_str；

步骤5：在Γ_med与H的对应关系曲线中，找到Γ_med强度等于Γ_str的H，据此设定测试波导内尖劈的高度，仍然将测试波导的右端口设置为连接半空间介质或其等效负载，利用电磁结构仿真软件，以L为变量，计算得到不同工作频率下，左端口看入的反射系数Γ，以Γ的模值尽可能小为原则，得到系列L值；

步骤6：根据步骤5得到的H和L值，加工介质材料，紧密填充于测试波导探头，即得到介质填充波导探头。

介质填充波导探头，其填充体由实心填充介质和以尖劈为特例的对称介质过渡面组成。

探头使用方法，是指用本申请所述方法设计、改造反射系数测量装置测试探头，或者将本申请设计的介质填充波导探头串联接入反射系数测试装置和被测物体之间。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种电厚度贴合反射式测试用介质填充波导探头设计方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1：在测试波导与被测天线罩接触的一端，密实填充一段与被测天线罩相同的介质材料，长度记为L；用以消除测试端面的介质不连续性，将测试端面不连续性影响Γ_port，分解为结构不连续性影响Γ_str和填充介质在测试波导内部导致的介质面不连续性影响Γ_med两部分；

Γ_port=Γ_str+Γ_med；

步骤2：将填充介质在测试波导内的过渡面设置为对称尖劈形状，劈尖到底座的高度记为H，劈尖能够沿测试波导方向突出到填充介质之外，也能够凹陷到填充介质之内；在波导结构确定的情况下，H决定了Γ_med的强度；

步骤3：将测试波导的填充端口设置为全吸收端口，利用电磁结构仿真软件，以H为变量，计算得到不同工作频率下，左端口看入的反射系数Γ与H的对应关系曲线，其中左端口看入的反射系数Γ=Γ_med，即Γ_med与H的对应关系曲线；以天线罩反射系数Γ_IPD的强度为参考，当H足够大时，Γ_med趋近于零；

步骤4：将尖劈高度H设置为足够大，将测试波导的右端口设置为连接半空间介质或其等效负载，利用电磁结构仿真软件，计算得到不同工作频率下，左端口看入的反射系数Γ，其中左端口看入的反射系数Γ=Γ_str，即Γ_str；

步骤5：在Γ_med与H的对应关系曲线中，找到Γ_med强度等于Γ_str的H，据此设定测试波导内尖劈的高度，仍然将测试波导的右端口设置为连接半空间介质或其等效负载，利用电磁结构仿真软件，以L为变量，计算得到不同工作频率下，左端口看入的反射系数Γ，以Γ的模值尽可能小为原则，得到系列L值；

步骤6：根据步骤5得到的H和L值，加工介质材料，紧密填充于测试波导探头，即得到介质填充波导探头。

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