CN112461864B - 微波频率信号穿透率测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微波频率信号穿透率测量系统。该微波频率信号穿透率测量系统包括：密闭舱室；微波信号装置，包括发射器和接收器，发射器和接收器在密闭舱室内相对设置且共轴线；承载部，位于密闭舱室内；测试架，包括金属板和吸波材料层，金属板的正面朝向频率发射器，吸波材料层铺设在金属板的正面与背面，金属板和吸波材料层上均开设有通孔，两个通孔相连通以形成穿孔，穿孔和承载部位于设定位置；矢量网络分析仪。采用本发明的微波频率信号穿透率测量系统，能够针对单一的材料本身进行其微波信号穿透性性质的检测，从而能够评价材料本身作为微波模块保护壳体或其他用于微波领域的应用前景，减少产品开发时间与避免无所谓的成本浪费。

Description

微波频率信号穿透率测量系统

技术领域

本发明涉及测试领域，尤其涉及一种微波频率信号穿透率测量系统。

背景技术

现有微波测量设备，主要分为以下两大类：

(1)电子产品内主动微波模块接受与发射信号去测量信号强弱；

(2)材料本身在特定频率领域下的介电常数与介电损耗；

上述的两种方式，只能够针对电子产品的微波模块的信号强弱、以及材料本身的介电常数与介电损耗进行测定；然而对于材料本身在特定频率下的信号透过率，却没有一个明确、简单的方式进行测量，所以技术人员无从得知材料的选用好坏。

以上缺陷看似并不影响产品的开发，但对于实际开发的过程而言，微波模块的价格远高于整组机构的成本。因此每当无线信号与机构实务面产生冲突时，势必得重新针对模具结构等进行修改，然后反复验证，直到达到最佳的方案，造成了时间和成本的浪费。

发明内容

本发明提供一种微波频率信号穿透率测量系统，以利于减少产品开发时间和成本。

一种微波频率信号穿透率测量系统，包括：

密闭舱室；

微波信号装置，包括发射器和接收器，所述发射器和接收器在所述密闭舱室内相对设置且共轴线，所述发射器用于发射设定频段的微波信号，所述接收器用于接收所述微波信号；

承载部，位于所述密闭舱室内，用于承载容纳待测样品；

测试架，位于所述密闭舱室内并位于所述发射器和接收器之间，所述测试架包括金属板和吸波材料层，所述吸波材料层铺设在所述金属板的正面与背面，所述金属板和吸波材料层上均开设有通孔，三个所述通孔相连通以形成穿孔，所述穿孔和承载部位于设定位置，以使所述信号能够经过所述穿孔和所述待测样品；

矢量网络分析仪，用于获取所述发射器发出的微波信号强度以及所述接收器接收的微波信号强度，并根据所述发射器所发出的微波信号强度以及所述接收器所接收的微波信号强度计算微波信号损失量。

本发明所述的微波频率信号穿透率测量系统，作为优选的技术方案，所述密闭舱室的内表面覆盖有吸波材料层。

本发明所述的微波频率信号穿透率测量系统，作为优选的技术方案，所述发射器为发射端喇叭天线，所述接收器为接收端喇叭天线。

本发明所述的微波频率信号穿透率测量系统，作为优选的技术方案，所述微波信号装置还包括微波信号发生器，所述微波信号发生器位于所述密闭舱室外并与所述发射端喇叭天线信号连接，所述微波信号发生器用于产生设定频段的所述微波信号并通过所述发射端喇叭天线发出所述微波信号。

本发明所述的微波频率信号穿透率测量系统，作为优选的技术方案：

所述矢量网络分析仪与所述微波信号发生器相连接，以获取所述发射端喇叭天线信号发出的微波信号强度；

所述矢量网络分析仪还与所述接收端喇叭天线相连接，以获取所述接收端喇叭天线接收的微波信号强度。

本发明所述的微波频率信号穿透率测量系统，作为优选的技术方案，还包括：

升频器，连接在所述微波信号发生器和发射端喇叭天线之间，所述升频器用于将所述微波信号发生器产生的所述微波信号由第一频率升高至第二频率；

降频器，连接在所述接收端喇叭天线和矢量网络分析仪之间，所述所述升频器用于将所述接收端喇叭天线接收的所述微波信号由所述第二频率降低至第一频率。

本发明所述的微波频率信号穿透率测量系统，作为优选的技术方案，所述金属板和吸波材料层均与所述密闭舱室的内壁相连接，以将所述密闭舱室分隔为第一舱室和第二舱室，所述发射器位于所述第一舱室内，所述接收器位于所述第二舱室内。

本发明所述的微波频率信号穿透率测量系统，作为优选的技术方案，还包括第一移动装置、第二移动装置和处理器，所述处理器分别与所述第一移动装置和第二移动装置相连接，所述第一移动装置和所述发射器相连接，所述第二移动装置和所述接收器相连接，所述处理器用于控制所述第一移动装置和第二移动装置相对于所述测试架移动以调节第一距离，所述第一距离为所述发射器和所述待测样品之间的距离，并等于所述接收器和所述待测样品之间的距离。

本发明所述的微波频率信号穿透率测量系统，作为优选的技术方案，所述处理器用于根据第一算式计算得到所述第一距离并根据所述第一距离控制所述第一移动装置和第二移动装置相对于所述测试架移动；

所述第一算式为：r≥2D²/λ或r≥10λ，其中，r为所述第一距离、D为发射器和接收器天线的尺寸、λ为所述微波信号的波长。

本发明所述的微波频率信号穿透率测量系统，作为优选的技术方案，所述第一算式为：r＝2D²/λ或r＝10λ。

本发明所述的微波频率信号穿透率测量系统，作为优选的技术方案，还包括波长检测装置，所述波长检测装置与所述处理器相连接，所述波长检测装置用于检测所述微波信号的波长并提供给所述处理器。

采用本发明的微波频率信号穿透率测量系统，能够针对单一的材料本身进行其微波信号穿透性性质的检测，从而能够评价材料本身作为微波模块保护壳体或其他用于微波领域的应用前景，再加上原有的机构强度需求、散热需求或是材料配方需求等进行多重联立解析，就可以避免机构所选用的材料无端的反复验证，进而减少产品开发时间与避免无所谓的成本浪费。

附图说明

图1为本发明所提供的微波频率信号穿透率测量系统的结构示意图；

图2为本发明所提供的微波频率信号穿透率测量系统中控制系统的结构示意图。

附图标记如下：

101 密闭舱室

102 微波信号装置

103 发射器

104 接收器

105 测试架

106 金属板

107 吸波材料层

108 穿孔

109 矢量网络分析仪

110 微波信号发生器

111 升频器

112 降频器

113 第一舱室

114 第二舱室

115 第一移动装置

116 第二移动装置

117 处理器

201 计算机

202 S参数选择器

具体实施方式

为使本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

结合附图1和附图2，本实施例提供一种微波频率信号穿透率测量系统，包括：

密闭舱室101；

微波信号装置102，包括发射器103和接收器104，所述发射器103和接收器104在所述密闭舱室101内相对设置且共轴线，所述发射器103用于发射设定频段的微波信号，所述接收器104用于接收所述微波信号；

承载部，位于所述密闭舱室101内，用于承载容纳待测样品；

测试架105，位于所述密闭舱室101内并位于所述发射器103和接收器104之间，所述测试架105包括金属板106和吸波材料层107，所述吸波材料层107铺设在所述金属板106的正面与背面，所述金属板106和吸波材料层107上均开设有通孔，三个所述通孔相连通以形成穿孔108，所述穿孔108和承载部位于设定位置，以使所述信号能够经过所述穿孔108和所述待测样品；

矢量网络分析仪109，用于获取所述发射器103发出的微波信号强度以及所述接收器104接收的微波信号强度，并根据所述发射器103所发出的微波信号强度以及所述接收器104所接收的微波信号强度计算微波信号损失量。本实施例的微波频率信号穿透率测量系统于运作过程之中，可以将待测样品放置于承载部上；测试架105包含两部分，金属板106和吸波材料层107，金属板106能够有效屏蔽信号，吸波材料能够吸收照射在其上的微波；微波可以由穿孔108通过。

当用于测试待测材料的微波透过率时，开启微波信号装置102，发射器103所发出的微波信号经过所述待测样品和穿孔108后被接收器104接收；矢量网络分析仪109获取发射器103发出的微波信号强度以及所述接收器104接收的微波信号强度，矢量网络分析仪109依据发射器103所发出的信号强度以及接收器104所发出的信号强度可以计算得到微波信号的损失量，从而得到该待测样品的微波信号透过率。

采用本实施例的微波频率信号穿透率测量系统，能够针对单一的材料本身进行其微波信号穿透性性质的检测，从而能够评价材料本身作为微波模块保护壳体或其他用于微波领域的应用前景，再加上原有的机构强度需求、散热需求或是材料配方需求等进行多重联立解析，就可以避免机构所选用的材料无端的反复验证，进而减少产品开发时间与避免无所谓的成本浪费。

在本实施例中，矢量网络分析仪109器是一种电磁波能量的测试设备。它既能测量单端口网络或两端口网络的各种参数幅值，又能测相位，矢量网络分析仪109能用史密斯圆图显示测试数据。

在本实施例中，所述承载部可以设置在所述测试架105的通孔处，也可以设置于其他位置，例如再设置一支架，所述支架上设有所述承载部；所述承载部的位置仅需满足使所述信号能够经过所述穿孔108和所述待测样品的限定即可。

本实施例所述的微波频率信号穿透率测量系统，作为优选的技术方案，所述密闭舱室101的内表面覆盖有吸波材料层107。

密闭舱室101的内表面的吸波材料层107可以有效吸收照射到表面的微波，由此可以避免照射于墙面的微波反射后进入接收器104，影响矢量网络分析仪109的计算结果。

本实施例所述的微波频率信号穿透率测量系统，作为优选的技术方案，所述发射器103为发射端喇叭天线，所述接收器104为接收端喇叭天线。

喇叭天线是面天线，波导管终端渐变张开的圆形或矩形截面的微波天线。它的辐射场是由喇叭的口面尺寸与传播型所决定的。其中，喇叭壁对辐射的影响可以利用几何绕射的原理来进行计算的。如果喇叭的长度保持不变，口面尺寸与二次方相位差会随着喇叭张角的增大而增大，但增益则不会随着口面尺寸变化。如果需要扩展喇叭的频带，则需要减小喇叭颈部与口面处的反射；反射会随着口面尺寸加大反而减小。喇叭天线的结构比较简单，方向图也比较简单而容易控制。采用喇叭天线能够简单有效地发射、接受微波信号，且由于其方向图比较简单稳定，能够更容易地得到微波频率信号穿透率。

本实施例所述的微波频率信号穿透率测量系统，作为优选的技术方案，所述的穿孔108的横截面形状为矩形；所述穿孔108的横截面面积为设定面积。

优选地，所述设定面积可以依据所述发射端喇叭天线和所述接收端喇叭天线的性质进行设定。通常地，所述发射端喇叭天线和接收端喇叭天线具有相同的尺寸。所述的喇叭天线具有交叉极化图，该交叉极化图具有D、V、H三个参数，D是交叉极化图中信号中心所走的路径长，V是交叉极化图垂直高度的1/2，H是交叉极化图水平宽度的1/2；所述通孔的面积不大于2H×2V；于应用时，待测样品的尺寸可以大于或等于所述通孔的横截面面积；如，当待测样品放置在所述通孔处时，待测样品的尺寸可以等于所述通孔的横截面面积；当采用一支架放置于所述测试架旁边，所述待测样品放置于所述支架上，且待测样品紧贴所述测试架，所述待测样品的尺寸可以大于所述通孔的横截面面积。

本实施例所述的微波频率信号穿透率测量系统，作为优选的技术方案，所述微波信号装置102还包括微波信号发生器110，所述微波信号发生器110位于所述密闭舱室101外并与所述发射端喇叭天线信号连接，所述微波信号发生器110用于产生设定频段的所述微波信号并通过所述发射端喇叭天线发出所述微波信号。

微波信号发生器110能够产生特定频率的微波，并将微波发送给发射端喇叭天线，发射端喇叭天线发射出该特定频段的微波后，该微波穿过待测材料后由接收端喇叭天线所接收。

将微波信号发生器110设置于所述密闭舱室101外，主要考虑密闭舱室101有一定大小限制，且设置在密闭舱室101之外，更易于与其他的装置连接，而且在需要更替升频器111、降频器112等设备时更为方便。

本实施例所述的微波频率信号穿透率测量系统，作为优选的技术方案：

所述矢量网络分析仪109与所述微波信号发生器110相连接，以获取所述发射端喇叭天线信号发出的微波信号强度；

所述矢量网络分析仪109还与所述接收端喇叭天线相连接，以获取所述接收端喇叭天线接收的微波信号强度。由此利于提高获取微波信号强度的准确性。

矢量网络分析仪109的内部可以设有S参数选择器202，S参数选择器202具有产生S11、S22的端口以及接受S12、S21的端口。可在实际的应用过程中，由本领域技术人员选择使用何种端口。

本实施例所述的微波频率信号穿透率测量系统，作为优选的技术方案，还包括：

升频器111，连接在所述微波信号发生器110和发射端喇叭天线之间，所述升频器111用于将所述微波信号发生器110产生的所述微波信号由第一频率升高至第二频率；

降频器112，连接在所述接收端喇叭天线和矢量网络分析仪109之间，所述所述升频器111用于将所述接收端喇叭天线接收的所述微波信号由所述第二频率降低至第一频率。

设置升频器111后，可在使用较低功率的微波信号发生器110的前提下，以更高的微波频率对待测材料的微波透过率进行测试，从而降低成本。设置降频器112，目的是使频率降低至初始状态，以使矢量网络分析器更好地计算微波信号的损失。

在本实施例中，还可以进一步包括计算机201，计算机201与所述矢量网络分析仪109器相连接，用于接受和处理所述矢量网络分析仪109所输出的数据。

本实施例所述的微波频率信号穿透率测量系统，作为优选的技术方案，所述金属板106和吸波材料层107均与所述密闭舱室101的内壁相连接，以将所述密闭舱室101分隔为第一舱室113和第二舱室114，所述发射器103位于所述第一舱室113内，所述接收器104位于所述第二舱室114内。

由此，使发射器103和接收器104分别设置在两个不同的舱室之内，可以尽可能地避免杂波对数据测量的影响。

本实施例所述的微波频率信号穿透率测量系统，作为优选的技术方案，还包括第一移动装置115、第二移动装置116和处理器117，所述处理器117分别与所述第一移动装置115和第二移动装置116相连接，所述第一移动装置115和所述发射器103相连接，所述第二移动装置116和所述接收器104相连接，所述处理器117用于控制所述第一移动装置115和第二移动装置116相对于所述测试架105移动以调节第一距离，所述第一距离为所述发射器103和所述待测样品之间的距离，并等于所述接收器104和所述待测样品之间的距离。

本实施例的微波频率信号穿透率测量系统运作中，由于发射器103、接收器104与所述待测样品之间的距离需满足至少不小于远场距离的需求，会根据所使用的喇叭天线的尺寸、以及测定频率等各种因素而改变。设定第一移动装置115、第二移动装置116、以及处理器117后，第一移动装置115可以带动所述发射器103发生位移，第二移动装置116可以带动接收器104发生位移；所述处理器117可以控制第一移动装置115和第二移动装置116的位移，从而能够方便的实现对于发射器103、接收器104与所述待测样品之间的距离的调整。

本实施例所述的微波频率信号穿透率测量系统，作为优选的技术方案，所述处理器117用于根据第一算式计算得到所述第一距离并根据所述第一距离控制所述第一移动装置115和第二移动装置116相对于所述测试架105移动；

所述第一算式为：r≥2D²/λ或r≥10λ，其中，r为所述第一距离、D为发射器103和接收器104天线的尺寸、λ为所述微波信号的波长。

依据上述算式，可以得到远场距离的最小理论值。使用者可以通过输入设备向处理器117输入天线的尺寸和微波信号的波长，处理器117运算后便可得到该第一距离，之后处理器117控制第一移动装置115、第二移动装置116进行位移，以使发射端喇叭天线和接收端喇叭天线与待测样品之间的距离至少不小于该第一距离，从而保证测试的准确性。

本实施例所述的微波频率信号穿透率测量系统，作为优选的技术方案，所述第一算式为：r＝2D²/λ或r＝10λ。

在该数值的限定下，可以在最节约空间的条件下得到最为准确的测试结果。

本实施例所述的微波频率信号穿透率测量系统，作为优选的技术方案，还包括波长检测装置，所述波长检测装置与所述处理器117相连接，所述波长检测装置用于检测所述微波信号的波长并提供给所述处理器117。

设定波长检测装置后，波长检测装置检测到波长的数据提供给处理器117，以减少人工输入波长的次数，从而使所述的微波频率信号穿透率测量系统更为自动化、智能化。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

以上所述，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所述权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种微波频率信号穿透率测量系统，其特征在于，包括：

密闭舱室；

微波信号装置，包括发射器和接收器，所述发射器和接收器在所述密闭舱室内相对设置且共轴线，所述发射器用于发射设定频段的微波信号，所述接收器用于接收所述微波信号；所述发射器为发射端喇叭天线，所述接收器为接收端喇叭天线；所述微波信号装置还包括微波信号发生器，所述微波信号发生器位于所述密闭舱室外并与所述发射端喇叭天线信号连接，所述微波信号发生器用于产生设定频段的所述微波信号并通过所述发射端喇叭天线发出所述微波信号；

承载部，位于所述密闭舱室内，用于承载容纳待测样品；

测试架，位于所述密闭舱室内并位于所述发射器和接收器之间，所述测试架包括金属板和吸波材料层，所述吸波材料层铺设在所述金属板的正面与背面，所述金属板和吸波材料层上均开设有通孔，三个所述通孔相连通以形成穿孔，所述穿孔和承载部位于设定位置，以使所述信号能够经过所述穿孔和所述待测样品；所述金属板和吸波材料层均与所述密闭舱室的内壁相连接，以将所述密闭舱室分隔为第一舱室和第二舱室，所述发射器位于所述第一舱室内，所述接收器位于所述第二舱室内；

矢量网络分析仪，用于获取所述发射器发出的微波信号强度以及所述接收器接收的微波信号强度，并根据所述发射器所发出的微波信号强度以及所述接收器所接收的微波信号强度计算微波信号损失量；

升频器，连接在所述微波信号发生器和发射端喇叭天线之间，所述升频器用于将所述微波信号发生器产生的所述微波信号由第一频率升高至第二频率；

降频器，连接在所述接收端喇叭天线和矢量网络分析仪之间，所述降频器用于将所述接收端喇叭天线接收的所述微波信号由所述第二频率降低至第一频率。

2.根据权利要求1所述的微波频率信号穿透率测量系统，其特征在于，所述密闭舱室的内表面覆盖有吸波材料层。

3.根据权利要求1所述的微波频率信号穿透率测量系统，其特征在于：

所述矢量网络分析仪与所述微波信号发生器相连接，以获取所述发射端喇叭天线信号发出的微波信号强度；

所述矢量网络分析仪还与所述接收端喇叭天线相连接，以获取所述接收端喇叭天线接收的微波信号强度。

4.根据权利要求1所述的微波频率信号穿透率测量系统，其特征在于，还包括第一移动装置、第二移动装置和处理器，所述处理器分别与所述第一移动装置和第二移动装置相连接，所述第一移动装置和所述发射器相连接，所述第二移动装置和所述接收器相连接，所述处理器用于控制所述第一移动装置和第二移动装置相对于所述测试架移动以调节第一距离，所述第一距离为所述发射器和所述待测样品之间的距离，并等于所述接收器和所述待测样品之间的距离。

5.根据权利要求4所述的微波频率信号穿透率测量系统，其特征在于，所述处理器用于根据第一算式计算得到所述第一距离并根据所述第一距离控制所述第一移动装置和第二移动装置相对于所述测试架移动；

所述第一算式为：r≥2D²/λ或r≥10λ，其中，r为所述第一距离、D为发射器和接收器天线的尺寸、λ为所述微波信号的波长。

6.根据权利要求5所述的微波频率信号穿透率测量系统，其特征在于，所述第一算式为：r=2D²/λ或r=10λ。

7.根据权利要求6所述的微波频率信号穿透率测量系统，其特征在于，还包括波长检测装置，所述波长检测装置与所述处理器相连接，所述波长检测装置用于检测所述微波信号的波长并提供给所述处理器。

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