CN111624409B - 一种太赫兹辐射体散射修正因子的测量系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及测量技术领域,尤其涉及一种太赫兹辐射体散射修正因子的测量系统及方法。发射信号经网络分析仪发射模块发出后经过反射镜的反射后到达大口径极化栅网,大口径极化栅网将来自反射镜的发射信号电磁波反射至第二极化栅网,经被测辐射体或参考测试平板反射回来的信号通过第二极化栅网,通过第二极化栅网的信号入射到大口径极化栅网;基于电磁波极化分离原理,发射模块设置在靠近所述弓形滑轨的下端的位置,接收模块设置在所述弓形滑轨上,即将发射天线放置在弓形滑轨之外,通过大口径极化栅网和另一个极化栅网实现入射电磁波的馈入,发射天线在物理结构上完全不遮挡接收天线,实现包括死区在内的整个散射修正因子测量问题。
Description
技术领域
本发明涉及测量技术领域,尤其涉及一种太赫兹辐射体散射修正因子的测量系统及方法。
背景技术
目前,辐射计是一种接收物体自然辐射的高灵敏度接收机。辐射体用于模拟自然界物体的热辐射从而对辐射计进行校准,辐射体发射率是需要准确得到的参数。
通常,完整的辐射体发射率由法向发射率(垂直辐射体表面方向)和散射修正因子构成。如图1所示,传统的散射因子测量方法是采用类似雷达散射截面测量方式,即发射天线3和接收天线5都置于弓形滑轨之上,发射天线一般居于被测辐射体10法线方向,接收天线沿弓形滑轨移动。该方式最大的缺陷在于发射天线(含发射模块)和接收天线(含接收模块)都具有一定物理尺寸,如果都摆放在弓形滑轨14之上,必然存在相互干涉或相互遮挡,也就是说法线附近区域存在“死角或死区”。在死角之内,或者因干涉无法摆放接收天线,或者因接收天线遮挡发射天线而造成很大测试误差,即死角区域网络分析仪1无法得到测量数据或无法得到准确测量数据。通常来讲,死角区域不超过正负10度,整个散射修正因子测量范围不超过正负40度。
因此,针对以上问题,需要解决包括死区在内的整个散射修正因子测量问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种太赫兹辐射体散射修正因子的测量系统及方法,解决因发射天线在物理结构上与接收天线遮挡干涉,导致的包括死区在内的整个散射修正因子无法测量及测量不准确问题。
为了实现上述目的,本发明提供如下技术方案:
本发明提供的太赫兹辐射体散射修正因子的测量系统包括网络分析仪、发射模块、接收模块、反射镜、大口径极化栅网、第二极化栅网、被测辐射体、参考测试平板、弓形滑轨;
所述弓形滑轨的弓口一侧朝向被测对象区,所述弓形滑轨的背离弓口一侧设置网络分析仪,被测对象区放置被测辐射体或参考测试平板,所述发射模块设置在靠近所述弓形滑轨的下端的位置,所述接收模块设置在所述弓形滑轨上;所述发射模块的一端与所述网络分析仪连接,另一端朝向反射镜;所述大口径极化栅网设置所述弓形滑轨与所述被测对象区的被测对象之间,所述第二极化栅网设置在所述大口径极化栅网与所述被测对象区的被测对象之间;所述反射镜位于所述大口径极化栅网的下方,以将发射模块发来的发射信号反射至所述大口径极化栅网,所述大口径极化栅网将来自反射镜7的发射信号电磁波反射至第二极化栅网。
其中,所述发射模块包括发射扩频单元和发射天线,发射天线通过所述发射扩频单元与所述网络分析仪连接,所述参考测试平板为所述参考金属平板。
其中,所述接收模块包括接收扩频单元、接收天线,所述接收天线通过所述接收扩频单元与所述网络分析仪连接,所述接收扩频单元与所述网络分析仪之间连接柔性长电缆;还包括杂波吸收材料,所述反射镜远离所述发射模块的一侧设置杂波吸收材料,被第二极化栅网反射回来的电磁波部分地被杂波吸收材料吸收。
其中,所述被测对象区的被测辐射体或参考测试平板的测试基准面为竖向面;接收扩频单元和接收天线置于测试基准面的法线方向上,被测辐射体或参考测试平板的中心位于所述弓形滑轨的圆心上;所述大口径极化栅网与测试基准面的法线夹角为45度,所述大口径极化栅网包括一组平行金属丝,所述金属丝的方向垂直于纸面,所述金属丝的一个端面与第二极化栅网平行。
其中,所述第二极化栅网与测试基准面平行,所述第二极化栅网包括一组平行金属丝,所述第二极化栅网的线栅方向与所述大口径极化栅网夹角为45度,所述第二极化栅网的口径面积大于所述被测对象区的被测辐射体或参考测试平板,经测辐射体或参考测试平板反射回来的信号可以通过第二极化栅网。
本发明另一方面提供的一种太赫兹辐射体散射修正因子的测量方法,包括以下步骤:
P1、将参考金属平板竖向置于被测对象区的位移台上;
P2、将网络分析仪接收扩频单元和接收天线置于参考金属平板法线方向上,参考金属平板中心位于弓形滑轨的圆心上;将大口径极化栅网与参考金属平板的法线夹角设置为45度,第二极化栅网的线栅方向与大口径极化栅网夹角为45度;
P3、使网络分析仪工作于S21模式,发射信号经网络分析仪发射扩频单元和发射天线发出后经过反射镜的反射后到达大口径极化栅网,大口径极化栅网将来自反射镜的发射信号电磁波反射至第二极化栅网,经金属参考平板反射回来的信号通过第二极化栅网,通过第二极化栅网的信号入射到大口径极化栅网;
P4、记录此时网络分析仪的读数为S21_Metal(θ0),S21_Metal(θ0)取线性值,θ0此时为0度,接收天线的轴线与参考金属平板的法线重合;
P5、沿着弓形滑轨按顺时针方向改变接收天线的位置,使接收天线的轴线与参考金属平板法线的夹角为Δθ,记录此时网络分析仪的读数为S21_Metal(Δθ);继续沿着弓形滑轨移动接收天线到第n个位置,记录此时网络分析仪的读数为S21_Metal(n*Δθ),对S21进行求和得过程参数a1;
P6、将参考金属平板沿轴线转动90度,重复步骤P2~步骤P5,对该过程得到的S21进行求和得过程参数a2;
P7、将参考金属平板更换为被测辐射体,将网络分析仪接收扩频单元和接收天线置于被测辐射体的法线方向上,被测辐射体尖部构成平面的中心位于弓形滑轨的圆心上;
P8、使网络分析仪工作于S21模式,发射信号经网络分析仪发射扩频单元和发射天线发出后经过反射镜的反射后到达大口径极化栅网,大口径极化栅网将来自反射镜的电磁波反射至第二极化栅网,经被测辐射体反射回来的信号通过第二极化栅网,通过第二极化栅网的信号入射到大口径极化栅网;
P9、记录此时网络分析仪的读数为S21_BB(θ0),S21_BB(θ0)取线性值,θ0此时为0度,即接收天线轴线与被测辐射体的法线重合;
P10、沿着弓形滑轨按顺时针方向改变接收天线的位置,使接收天线的轴线与被测辐射体法线的夹角为Δθ,记录此时网络分析仪的读数为S21_BB(θ0);继续沿着弓形滑轨移动接收天线5到第n个位置,记录此时网络分析仪的读数为S21_BB(n*Δθ),对上述S21进行求和得过程参数b1;
P11、将被测辐射体沿轴线转动90度,重复步骤P8~步骤P10,对该过程得到的S21进行求和得过程参数b2;
P12、被测辐射体的散射修正因子S的计算方法如公式五所示:
S=(b1*b2)/(a1*a2)。
其中,所述参考金属平板的面积与被测辐射体面积相当;所述发射天线为线极化天线,极化姿态为垂直极化。
其中,所述大口径极化栅网包括一组平行金属丝,所述金属丝的方向垂直于纸面,所述金属丝的一个端面与第二极化栅网平行;所述第二极化栅网包括一组平行金属丝,所述第二极化栅网的线栅方向与所述大口径极化栅网夹角为45度,所述第二极化栅网的口径面积大于所述被测对象区的被测辐射体或参考金属平板。
其中,步骤P3中,来自大口径极化栅网的信号的一半通过极化栅网入射到参考金属平板,另一半被极化栅网反射回来;被极化栅网反射回来的信号一部分被杂波吸收材料吸收,另一部分被接收天线接收到;被极化栅网反射回来的信号中被接收天线接收到的部分通过网络分析仪的时域门技术识别并剔除;接收天线的极化姿态为水平极化,即方向平行纸面;
步骤P8中,来自大口径极化栅网的信号的一半通过极化栅网入射到被测辐射体,另一半被极化栅网反射回来;被极化栅网反射回来的信号一部分被杂波吸收材料吸收,另一部分被接收天线接收到;被极化栅网反射回来的信号中被接收天线接收到的部分通过网络分析仪的时域门技术识别并剔除;接收天线的极化姿态为水平极化,即方向平行纸面。
其中,步骤P5中,Δθ取0.5°~1°,同时保持接收天线的轴线指向参考金属平板的中心,记录此时网络分析仪的读数为S21_Metal(Δθ),定义此时的角度为正向;继续沿着弓形滑轨移动接收天线到第n个位置时,接收天线的轴线与参考金属平板法线的夹角为n*Δθ,直到接收天线的轴线方向与参考金属平板的法线方向夹角n*Δθ大于40度时,停止顺时针移动接收天线的位置,对所述S21进行求和得过程参数a1,如公式一所示:
a1(Metal)=S21_Metal(θ0)+S21_Metal(Δθ)+…+S21_Metal(n*Δθ)
步骤P6中、对S21进行求和得过程参数a2,如公式二所示:
a2(Metal)=S21_Metal(θ0)+S21_Metal(Δθ)+…+S21_Metal(n*Δθ)
步骤P10中,Δθ取0.5°~1°,同时保持接收天线的轴线指向被测辐射体的中心,记录此时网络分析仪的读数为S21_BB(θ0);继续沿着弓形滑轨移动接收天线到第n个位置时,接收天线的轴线与被测辐射体法线的夹角为n*Δθ,直到接收天线的轴线方向与被测辐射体的法线方向夹角n*Δθ大于40度时,停止顺时针移动接收天线的位置,对所述S21进行求和得过程参数b1,如公式三所示:
b1(BB)=S21_BB(θ0)+S21_BB(Δθ)+…+S21_BB(n*Δθ)
步骤P11中、对S21进行求和得过程参数b2,如公式四所示:
b2(BB)=S21_BB(θ0)+S21_BB(Δθ)+…+S21_BB(n*Δθ)。
本发明的有益效果:
本发明提供的技术方案中,利用散射因子测量属于相对测量的性质,基于电磁波极化分离原理,将发射天线放置在弓形滑轨之外,通过大口径极化栅网和另一个极化栅网实现入射电磁波的馈入,发射天线在物理结构上完全不遮挡接收天线,也不与之干涉,同时利用时域门技术选取所需路径的反射信号,实现包括死区在内的整个散射修正因子测量问题。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解,构成本发明的一部分,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
图1为传统的法向发射率测量方法示意图;
图2为本发明的一种太赫兹散射修正因子测量系统和方法测试原理示意图。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
参照图2,本发明提供的太赫兹辐射体散射修正因子的测量系统包括网络分析仪1、发射模块、接收模块、反射镜7、大口径极化栅网8、第二极化栅网9、被测辐射体10、参考测试平板、弓形滑轨14;
弓形滑轨14的弓口一侧朝向被测对象区,弓形滑轨14的背离弓口一侧设置网络分析仪1,被测对象区放置被测辐射体10或参考测试平板,发射模块设置在靠近弓形滑轨14的下端的位置,接收模块设置在弓形滑轨14上;发射模块的一端与网络分析仪1连接,另一端朝向反射镜7;大口径极化栅网8设置弓形滑轨14与被测对象区的被测对象之间,第二极化栅网9设置在大口径极化栅网8与被测对象区的被测对象之间;反射镜7位于大口径极化栅网8的下方,以将发射模块发来的发射信号反射至大口径极化栅网8,大口径极化栅网8将来自反射镜7的发射信号电磁波反射至第二极化栅网9。参考测试平板具体为参考金属平板11。
上述实施例中,发射信号经网络分析仪1发射模块发出后经过反射镜7的反射后到达大口径极化栅网8,大口径极化栅网8将来自反射镜7的发射信号电磁波反射至第二极化栅网9,经被测辐射体10或参考测试平板反射回来的信号通过第二极化栅网9,通过第二极化栅网9的信号入射到大口径极化栅网8;上述方案中,利用散射因子测量属于相对测量的性质,基于电磁波极化分离原理,发射模块设置在靠近弓形滑轨14的下端的位置,接收模块设置在弓形滑轨14上,即将发射天线3放置在弓形滑轨14之外,通过大口径极化栅网8和另一个极化栅网实现入射电磁波的馈入,发射天线3在物理结构上完全不遮挡接收天线5,也不与之干涉,同时利用时域门技术选取所需路径的反射信号,实现包括死区在内的整个散射修正因子测量问题。
具体地,发射模块包括发射扩频单元2和发射天线3,发射天线3通过发射扩频单元2与网络分析仪1连接,参考测试平板具体为参考金属平板11。
具体地,接收模块包括接收扩频单元4、接收天线5,接收天线5通过接收扩频单元4与网络分析仪1连接,接收扩频单元4与网络分析仪1之间连接柔性长电缆6,通过柔性长电缆设置,接收扩频单元4、接收天线5在弓形滑轨14上的移动不受限。
优选地,还包括杂波吸收材料13,反射镜7远离发射模块的一侧设置杂波吸收材料13,被第二极化栅网9反射回来的电磁波部分地被杂波吸收材料13吸收。
具体地,被测对象区的被测辐射体10或参考测试平板的测试基准面为竖向面,参考金属平板11的面积与被测辐射体10面积相当;接收扩频单元4和接收天线5置于测试基准面的法线方向上,被测辐射体10或参考测试平板的中心位于弓形滑轨14的圆心上;大口径极化栅网8与测试基准面的法线夹角为45度,大口径极化栅网8包括一组平行金属丝,金属丝的方向垂直于纸面,金属丝的一个端面与第二极化栅网9平行。根据极化栅网的基本原理,极化方向与第二极化栅网9线栅平行的电磁波将被反射至第二极化栅网9。
第二极化栅网9与测试基准面平行,第二极化栅网9包括一组平行金属丝,第二极化栅网9的线栅方向与大口径极化栅网8夹角为45度,第二极化栅网9的口径面积大于被测对象区的被测辐射体10或参考测试平板,经测辐射体或参考测试平板反射回来的信号可以通过第二极化栅网9。
本发明另一方面提供的太赫兹辐射体散射修正因子的测量方法,包括以下步骤:
P1、将参考金属平板11竖向置于被测对象区的位移台12上;
P2、将网络分析仪1接收扩频单元4和接收天线5置于参考金属平板11法线方向上,参考金属平板11中心位于弓形滑轨14的圆心上;将大口径极化栅网8与参考金属平板11的法线夹角设置为45度,第二极化栅网9的线栅方向与大口径极化栅网8夹角为45度;
P3、使网络分析仪1工作于S21模式,发射信号经网络分析仪1发射扩频单元2和发射天线3发出后经过反射镜7的反射后到达大口径极化栅网8,大口径极化栅网8将来自反射镜7的发射信号电磁波反射至第二极化栅网9,经金属参考平板反射回来的信号通过第二极化栅网9,通过第二极化栅网9的信号入射到大口径极化栅网8;
P4、记录此时网络分析仪1的读数为S21_Metal(θ0),S21_Metal(θ0)取线性值,θ0此时为0度,接收天线5的轴线与参考金属平板11的法线重合;
P5、沿着弓形滑轨14按顺时针方向改变接收天线5的位置,使接收天线5的轴线与参考金属平板11法线的夹角为Δθ,记录此时网络分析仪1的读数为S21_Metal(Δθ);继续沿着弓形滑轨14移动接收天线5到第n个位置(如图2中15标记的位置),记录此时网络分析仪1的读数为S21_Metal(n*Δθ),对S21进行求和得过程参数a1;
P6、将参考金属平板11沿轴线转动90度,重复步骤P2~步骤P5,对该过程得到的S21进行求和得过程参数a2;
P7、将参考金属平板11更换为被测辐射体10,将网络分析仪1接收扩频单元4和接收天线5置于被测辐射体10的法线方向上,被测辐射体10尖部构成平面的中心位于弓形滑轨14的圆心上;
P8、使网络分析仪1工作于S21模式,发射信号经网络分析仪1发射扩频单元2和发射天线3发出后经过反射镜7的反射后到达大口径极化栅网8,大口径极化栅网8将来自反射镜7的电磁波反射至第二极化栅网9,经被测辐射体10反射回来的信号通过第二极化栅网9,通过第二极化栅网9的信号入射到大口径极化栅网8;
P9、记录此时网络分析仪1的读数为S21_BB(θ0),S21_BB(θ0)取线性值,θ0此时为0度,即接收天线5轴线与被测辐射体10的法线重合;
P10、沿着弓形滑轨14按顺时针方向改变接收天线5的位置,使接收天线5的轴线与被测辐射体10法线的夹角为Δθ,记录此时网络分析仪1的读数为S21_BB(θ0);继续沿着弓形滑轨14移动接收天线55到第n个位置,记录此时网络分析仪1的读数为S21_BB(n*Δθ),对上述S21进行求和得过程参数b1;
P11、将被测辐射体10沿轴线转动90度,重复步骤P8~步骤P10,对该过程得到的S21进行求和得过程参数b2;
P12、被测辐射体10的散射修正因子S的计算方法如公式五所示:
S=(b1*b2)/(a1*a2)。
通过上述太赫兹辐射体散射修正因子的测量方法,利用散射因子测量属于相对测量的性质,基于电磁波极化分离原理,将发射天线3放置在弓形滑轨14之外,通过大口径极化栅网8和另一个极化栅网实现入射电磁波的馈入,发射天线3在物理结构上完全不遮挡接收天线5,也不与之干涉,同时利用时域门技术选取所需路径的反射信号,实现包括死区在内的整个散射修正因子测量问题。
其中,参考金属平板11的面积与被测辐射体10面积相当;发射天线3为线极化天线,极化姿态为垂直极化,即垂直于纸面。
具体地,大口径极化栅网8包括一组平行金属丝,金属丝的方向垂直于纸面,金属丝的一个端面与第二极化栅网9平行;第二极化栅网9包括一组平行金属丝,第二极化栅网9的线栅方向与大口径极化栅网8夹角为45度,第二极化栅网9的口径面积大于被测对象区的被测辐射体10或参考金属平板11。
具体地,步骤P3中,来自大口径极化栅网8的信号的一半通过极化栅网入射到参考金属平板11,另一半被极化栅网反射回来;被极化栅网反射回来的信号一部分被杂波吸收材料13吸收,另一部分被接收天线5接收到,这部分信号并非来自参考金属平板1111的反射,可以通过网络分析仪1的时域门技术识别并剔除。接收天线55的极化姿态为水平极化,即方向平行纸面;被极化栅网反射回来的信号中被接收天线5接收到的部分通过网络分析仪1的时域门技术识别并剔除;接收天线5的极化姿态为水平极化,即方向平行纸面;
步骤P8中,来自大口径极化栅网8的信号的一半通过极化栅网入射到被测辐射体10,另一半被极化栅网反射回来;被极化栅网反射回来的信号一部分被杂波吸收材料13吸收,另一部分被接收天线5接收到;被极化栅网反射回来的信号中被接收天线5接收到的部分通过网络分析仪1的时域门技术识别并剔除;接收天线5的极化姿态为水平极化,即方向平行纸面。
进一步地,步骤P5中,Δθ取0.5°~1°,同时保持接收天线5的轴线指向参考金属平板11的中心,记录此时网络分析仪1的读数为S21_Metal(Δθ),定义此时的角度为正向;继续沿着弓形滑轨14移动接收天线5到第n个位置时,接收天线5的轴线与参考金属平板11法线的夹角为n*Δθ,直到接收天线5的轴线方向与参考金属平板11的法线方向夹角n*Δθ大于40度时,停止顺时针移动接收天线5的位置,对S21进行求和得过程参数a1,如公式一所示(根据对称性,负向角度,即沿弓形滑轨14逆时针方向移动时的测量值可以用正向移动的测量值代替):
a1(Metal)=S21_Metal(θ0)+S21_Metal(Δθ)+…+S21_Metal(n*Δθ)
步骤P6中、对S21进行求和得过程参数a2,如公式二所示:
a2(Metal)=S21_Metal(θ0)+S21_Metal(Δθ)+…+S21_Metal(n*Δθ)
步骤P10中,Δθ取0.5°~1°,同时保持接收天线5的轴线指向被测辐射体10的中心,记录此时网络分析仪1的读数为S21_BB(θ0);继续沿着弓形滑轨14移动接收天线5到第n个位置时,接收天线5的轴线与被测辐射体10法线的夹角为n*Δθ,直到接收天线5的轴线方向与被测辐射体10的法线方向夹角n*Δθ大于40度时,停止顺时针移动接收天线5的位置,对S21进行求和得过程参数b1,如公式三所示:
b1(BB)=S21_BB(θ0)+S21_BB(Δθ)+…+S21_BB(n*Δθ)
步骤P11中、对S21进行求和得过程参数b2,如公式四所示:
b2(BB)=S21_BB(θ0)+S21_BB(Δθ)+…+S21_BB(n*Δθ)。
为了进一步具体地对本发明技术方案进行说明,结合图2,下面提供了一更为具体的一个实施方式:
1.取下被测辐射体10,将参考金属平板11至于位移台12上,参考金属平板11的面积与被测辐射体10面积相当。
2.将网络分析仪接收扩频单元4和接收天线5置于参考金属平板11法线方向上,参考金属平板11中心位于弓形滑轨14的圆心上。
3.网络分析仪1工作于S21模式或S12模式,假定此处为S21模式。发射信号经网络分析仪发射扩频单元2和发射天线3发出后。发射天线3为线极化天线,极化姿态为垂直极化,即垂直于纸面。经过反射镜7的反射后到达大口径极化栅网8。因此,大口径极化栅网8将来自反射镜7的电磁波反射至极化栅网9。
4.大口径极化栅网8与参考金属平板11的法线夹角为45度,它由一组平行金属丝构成,金属丝的方向垂直于纸面,其中一个端面与第二极化栅网9平行。根据极化栅网的基本原理,极化方向与极化栅网线栅平行的电磁波将被反射至第二极化栅网9。
5.第二极化栅网9与参考金属平板11的基准面平行,同样由一组平行金属丝构成,但线栅方向与大口径极化栅网夹角为45度,且口径面积大于参考金属平板11,摆放位置尽量贴近被测金属平板11。来自大口径极化栅网8的信号有一半通过第二极化栅网9入射到参考金属平板11,一半被第二极化栅网9反射回来。反射回来的信号一部分被杂波吸收材料13吸收,另一部分被接收天线5接收到。这部分信号并非来自参考金属平板11的反射,可以通过网络分析仪的时域门技术识别并剔除。接收天线5的极化姿态为水平极化,即方向平行纸面。
6.经金属参考平板11反射回来的信号可以通过第二极化栅网9。
7.通过第二极化栅网9的信号入射到大口径极化栅网8,这些信号中的一半在反射后会被杂波吸收材料13吸收,另一半反射后会被接收天线5接收。
8.记录此时网络分析仪1的读数为S21_Metal(θ0),S21_Metal(θ0)取线性值,θ0此时为0度,即接收天线5的轴线与参考金属平板11的法线重合。
9.沿着弓形滑轨14按顺时针方向改变接收天线5的位置,使接收天线5的轴线与参考金属平板11法线的夹角为Δθ,Δθ取0.5°~1°,同时保持接收天线5的轴线指向参考金属平板11的中心,记录此时网络分析仪1的读数为S21_Metal(Δθ)。定义此时的角度为正向。
10.继续沿着弓形滑轨14移动接收天线5到第n个位置,此时接收天线5的轴线与参考金属平板11法线的夹角为n*Δθ,记录此时网络分析仪1的读数为S21_Metal(n*Δθ),直到接收天线5的轴线方向与参考金属平板11的法线方向夹角n*Δθ大于40度。对上述S21进行求和得过程参数a1,如公式(1)所示。根据对称性,负向角度,即沿弓形滑轨14逆时针方向移动时的测量值可以用正向移动的测量值代替。
a1(Metal)=S21_Metal(θ0)+S21_Metal(Δθ)+…+S21_Metal(n*Δθ) (1)
11.将参考金属平板11沿轴线转动90度,重复步骤2~步骤10,对该过程得到的S21进行求和得过程参数a2,如公式(2)所示。
a2(Metal)=S21_Metal(θ0)+S21_Metal(Δθ)+…+S21_Metal(n*Δθ) (2)
12.将参考金属平板11更换为被测辐射体10,将网络分析仪接收扩频单元4和接收天线5置于被测辐射体10的法线方向上,被测辐射体10尖部构成平面的中心位于弓形滑轨14的圆心上。
13.网络分析仪1工作于S21模式或S12模式,假定此处为S21模式。发射信号经网络分析仪发射扩频单元2和发射天线3发出后。发射天线3为线极化天线,极化姿态为垂直极化,即垂直于纸面。经过反射镜7的反射后到达大口径极化栅网8。
14.大口径极化栅网8与参考金属平板11的法线夹角为45度,它由一组平行金属丝构成,金属丝的方向垂直于纸面,其中一个端面与第二极化栅网9平行。根据极化栅网的基本原理,极化方向与极化栅网线栅平行的电磁波将被反射至第二极化栅网9。因此,大口径极化栅网8将来自反射镜7的电磁波反射至第二极化栅网9。
15.第二极化栅网9与被测辐射体10的基准面平行,同样由一组平行金属丝构成,但线栅方向与大口径极化栅网夹角为45度,且口径面积大于被测辐射体10,摆放位置尽量贴近被测辐射体10。来自大口径极化栅网8的信号有一半通过第二极化栅网9入射到被测辐射体10,一半被第二极化栅网9反射回来。反射回来的信号一部分被杂波吸收材料13吸收,另一部分被接收天线5接收到。这部分信号并非来自被测辐射体10的反射,可以通过网络分析仪的时域门技术识别并剔除。接收天线5的极化姿态为水平极化,即方向平行纸面。
16.经被测辐射体10反射回来的信号可以通过第二极化栅网9。
17.通过第二极化栅网9的信号入射到大口径极化栅网8,这些信号中的一半在反射后会被杂波吸收材料13吸收,另一半反射后会被接收天线5接收。
18.记录此时网络分析仪1的读数为S21_BB(θ0),S21_BB(θ0)取线性值,θ0此时为0度,即接收天线5轴线与被测辐射体10的法线重合。
19.沿着弓形滑轨14按顺时针方向改变接收天线5的位置,使接收天线与被测辐射体10法线的夹角为Δθ,Δθ取0.5°~1°,同时保持接收天线5的轴线指向被测辐射体10的中心,记录此时网络分析仪1的读数为S21_BB(Δθ)。
20.继续沿着弓形滑轨14移动接收天线5到第n个位置,此时接收天线5的轴线与被测辐射体10法线的夹角为n*Δθ,记录此时网络分析仪1的读数为S21_BB(n*Δθ),直到接收天线5的轴线方向与被测辐射体10的法线方向夹角n*Δθ大于40度。对上述S21进行求和得过程参数b1,如公式(3)所示。根据对称性,负向角度,即沿弓形滑轨14逆时针方向移动时的测量值可以用正向移动的测量值代替。
b1(BB)=S21_BB(θ0)+S21_BB(Δθ)+…+S21_BB(n*Δθ) (3)
21.将被测辐射体10沿轴线转动90度,重复步骤13~步骤20,对该过程得到的S21进行求和得过程参数b2,如公式(4)所示。
b2(BB)=S21_BB(θ0)+S21_BB(Δθ)+…+S21_BB(n*Δθ) (4)
22.被测辐射体10的散射修正因子S的计算方法如公式(5)所示。由于是将被测辐射体10与参考金属平板11的测量值相比,实际上只取正向测量值即可。
S=(b1*b2)/(a1*a2) (5)
以上,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (7)
1.一种太赫兹辐射体散射修正因子的测量系统,其特征在于:包括网络分析仪、发射模块、接收模块、反射镜、大口径极化栅网、第二极化栅网、被测辐射体、参考测试平板、弓形滑轨;
所述弓形滑轨的弓口一侧朝向被测对象区,所述弓形滑轨的背离弓口一侧设置网络分析仪,被测对象区放置被测辐射体或参考测试平板,所述发射模块设置在靠近所述弓形滑轨的下端的位置,所述接收模块设置在所述弓形滑轨上;所述发射模块的一端与所述网络分析仪连接,另一端朝向反射镜;所述大口径极化栅网设置所述弓形滑轨与所述被测对象区的被测对象之间,所述第二极化栅网设置在所述大口径极化栅网与所述被测对象区的被测对象之间;所述反射镜位于所述大口径极化栅网的下方,以将发射模块发来的发射信号反射至所述大口径极化栅网,所述大口径极化栅网将来自反射镜7的发射信号电磁波反射至第二极化栅网;
所述发射模块包括发射扩频单元和发射天线,发射天线通过所述发射扩频单元与所述网络分析仪连接,所述参考测试平板为参考金属平板;
所述接收模块包括接收扩频单元、接收天线,所述接收天线通过所述接收扩频单元与所述网络分析仪连接,所述接收扩频单元与所述网络分析仪之间连接柔性长电缆;还包括杂波吸收材料,所述反射镜远离所述发射模块的一侧设置杂波吸收材料,被第二极化栅网反射回来的电磁波部分地被杂波吸收材料吸收;
所述被测对象区的被测辐射体或参考测试平板的测试基准面为竖向面;接收扩频单元和接收天线置于测试基准面的法线方向上,被测辐射体或参考测试平板的中心位于所述弓形滑轨的圆心上;所述大口径极化栅网与测试基准面的法线夹角为45度,所述大口径极化栅网包括一组平行金属丝,所述金属丝的方向垂直于纸面,所述金属丝的一个端面与第二极化栅网平行。
2.根据权利要求1所述的太赫兹辐射体散射修正因子的测量系统,其特征在于:所述第二极化栅网与测试基准面平行,所述第二极化栅网包括一组平行金属丝,所述第二极化栅网的线栅方向与所述大口径极化栅网夹角为45度,所述第二极化栅网的口径面积大于所述被测对象区的被测辐射体或参考测试平板,经测辐射体或参考测试平板反射回来的信号可以通过第二极化栅网。
3.一种太赫兹辐射体散射修正因子的测量方法,其特征在于:包括以下步骤:
P1、将参考金属平板竖向置于被测对象区的位移台上;
P2、将网络分析仪接收扩频单元和接收天线置于参考金属平板法线方向上,参考金属平板中心位于弓形滑轨的圆心上;将大口径极化栅网与参考金属平板的法线夹角设置为45度,第二极化栅网的线栅方向与大口径极化栅网夹角为45度;
P3、使网络分析仪工作于S21模式,发射信号经网络分析仪发射扩频单元和发射天线发出后经过反射镜的反射后到达大口径极化栅网,大口径极化栅网将来自反射镜的发射信号电磁波反射至第二极化栅网,经金属参考平板反射回来的信号通过第二极化栅网,通过第二极化栅网的信号入射到大口径极化栅网;
P4、记录此时网络分析仪的读数为S21_Metal(θ0),S21_Metal(θ0)取线性值,θ0此时为0度,接收天线的轴线与参考金属平板的法线重合;
P5、沿着弓形滑轨按顺时针方向改变接收天线的位置,使接收天线的轴线与参考金属平板法线的夹角为Δθ,记录此时网络分析仪的读数为S21_Metal(Δθ);继续沿着弓形滑轨移动接收天线到第n个位置,记录此时网络分析仪的读数为S21_Metal(n*Δθ),对S21进行求和得过程参数a1;
P6、将参考金属平板沿轴线转动90度,重复步骤P2~步骤P5,对该过程得到的S21进行求和得过程参数a2;
P7、将参考金属平板更换为被测辐射体,将网络分析仪接收扩频单元和接收天线置于被测辐射体的法线方向上,被测辐射体尖部构成平面的中心位于弓形滑轨的圆心上;
P8、使网络分析仪工作于S21模式,发射信号经网络分析仪发射扩频单元和发射天线发出后经过反射镜的反射后到达大口径极化栅网,大口径极化栅网将来自反射镜的电磁波反射至第二极化栅网,经被测辐射体反射回来的信号通过第二极化栅网,通过第二极化栅网的信号入射到大口径极化栅网;
P9、记录此时网络分析仪的读数为S21_BB(θ0),S21_BB(θ0)取线性值,θ0此时为0度,即接收天线轴线与被测辐射体的法线重合;
P10、沿着弓形滑轨按顺时针方向改变接收天线的位置,使接收天线的轴线与被测辐射体法线的夹角为Δθ,记录此时网络分析仪的读数为S21_BB(θ0);继续沿着弓形滑轨移动接收天线5到第n个位置,记录此时网络分析仪的读数为S21_BB(n*Δθ),对上述S21进行求和得过程参数b1;
P11、将被测辐射体沿轴线转动90度,重复步骤P8~步骤P10,对该过程得到的S21进行求和得过程参数b2;
P12、被测辐射体的散射修正因子S的计算方法如公式所示:
S=(b1*b2)/(a1*a2)。
4.根据权利要求3所述太赫兹辐射体散射修正因子的测量方法,其特征在于:
所述参考金属平板的面积与被测辐射体面积相当;所述发射天线为线极化天线,极化姿态为垂直极化。
5.根据权利要求3所述太赫兹辐射体散射修正因子的测量方法,其特征在于:
所述大口径极化栅网包括一组平行金属丝,所述金属丝的方向垂直于纸面,所述金属丝的一个端面与第二极化栅网平行;所述第二极化栅网包括一组平行金属丝,所述第二极化栅网的线栅方向与所述大口径极化栅网夹角为45度,所述第二极化栅网的口径面积大于所述被测对象区的被测辐射体或参考金属平板。
6.根据权利要求3所述太赫兹辐射体散射修正因子的测量方法,其特征在于:
步骤P3中,来自大口径极化栅网的信号的一半通过极化栅网入射到参考金属平板,另一半被极化栅网反射回来;被极化栅网反射回来的信号一部分被杂波吸收材料吸收,另一部分被接收天线接收到;被极化栅网反射回来的信号中被接收天线接收到的部分通过网络分析仪的时域门技术识别并剔除;接收天线的极化姿态为水平极化,即方向平行纸面;
步骤P8中,来自大口径极化栅网的信号的一半通过极化栅网入射到被测辐射体,另一半被极化栅网反射回来;被极化栅网反射回来的信号一部分被杂波吸收材料吸收,另一部分被接收天线接收到;被极化栅网反射回来的信号中被接收天线接收到的部分通过网络分析仪的时域门技术识别并剔除;接收天线的极化姿态为水平极化,即方向平行纸面。
7.根据权利要求3所述太赫兹辐射体散射修正因子的测量方法,其特征在于:
步骤P5中,Δθ取0.5°~1°,同时保持接收天线的轴线指向参考金属平板的中心,记录此时网络分析仪的读数为S21_Metal(Δθ),定义此时的角度为正向;继续沿着弓形滑轨移动接收天线到第n个位置时,接收天线的轴线与参考金属平板法线的夹角为n*Δθ,直到接收天线的轴线方向与参考金属平板的法线方向夹角n*Δθ大于40度时,停止顺时针移动接收天线的位置,对所述S21进行求和得过程参数a1,如公式所示:
a1(Metal)=S21_Metal(θ0)+S21_Metal(Δθ)+…+S21_Metal(n*Δθ)
步骤P6中、对S21进行求和得过程参数a2,如公式所示:
a2(Metal)=S21_Metal(θ0)+S21_Metal(Δθ)+…+S21_Metal(n*Δθ)
步骤P10中,Δθ取0.5°~1°,同时保持接收天线的轴线指向被测辐射体的中心,记录此时网络分析仪的读数为S21_BB(θ0);继续沿着弓形滑轨移动接收天线到第n个位置时,接收天线的轴线与被测辐射体法线的夹角为n*Δθ,直到接收天线的轴线方向与被测辐射体的法线方向夹角n*Δθ大于40度时,停止顺时针移动接收天线的位置,对所述S21进行求和得过程参数b1,如公式所示:
b1(BB)=S21_BB(θ0)+S21_BB(Δθ)+…+S21_BB(n*Δθ)
步骤P11中、对S21进行求和得过程参数b2,如公式所示:
b2(BB)=S21_BB(θ0)+S21_BB(Δθ)+…+S21_BB(n*Δθ)。
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