CN113189121B - 一种自适应时域门的吸波材料反射率动态测试方法 - Google Patents

一种自适应时域门的吸波材料反射率动态测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种自适应时域门的吸波材料反射率动态测试系统及方法，本发明所述方法包括：通过测试平台设置测试参数；对矢量网络分析仪添加时域门；在样品支撑平台放置吸波材料；基于测试参数，通过弓形架控制箱对弓形架进行调整，同时通过矢量网络分析仪采集不同材料下的信号数据，通过时域门对信号数据进行处理，并通过测试平台保存处理后的信号数据；通过测试平台对处理后的信号数据进行处理，得到待测吸波材料反射率。本发明所提供方法大幅度提升了测试效率，减少了测量成本，极大提高了测量精度。

Description

一种自适应时域门的吸波材料反射率动态测试方法
技术领域
本发明属于微波测试技术领域，特别涉及一种自适应时域门的吸波材料反射率动态测试系统及方法。
背景技术
反射率测试方法一般为RCS远场法、样板空间平移法和弓形法。样板空间平移法适合点频测试，RCS远场法和弓形法适合扫频测试，RCS远场法的测试环境为微波暗室，弓形法的测试环境为一般实验室。为了全面评估吸波材料的性能，往往需要进行吸波材料反射率的高温测试，因此宽频带和变温条件下吸波材料的反射率测试方法通常采取弓形法。
弓形法适用于平板型吸波材料的反射率测试，可以进行多个角度的反射率测试。目前的测试方式一般为先设置一个测试角度，然后分别放置金属板和吸波材料板并采集两块板的反射信号，再利用采集的金属板和吸波材料板的反射信号得出吸波材料的反射率。这种测试方法是一种静态的测试方法，每个角度需要分开测试。当需要测试吸波材料多个角度的反射率分析它的性能时，这样的测试方法显得特别繁琐，而且多次取放金属板和吸波材料板也会带来一些测试误差，尤其进行反射率高温测试时，一次加热后就能得出多个角度下的吸波材料反射率是十分必要的。
发明内容
为解决上述现有技术中所存在的对吸波材料进行弓形法测量时，只能进行静态测量，对测量样本进行多角度测量时，需要对角度进行确定之后，多次的对测量样本进行更换，无法对同一样本进行多次角度的动态测量的问题，本发明提供一种自适应时域门的吸波材料反射率动态测试方法，本发明在原有的弓形法静态测试基础下，利用添加有自适应的时域门的矢量网络分析仪、弓形架控制箱同步运行的方式进行反射率的动态测试，一次测试过程中就可以完成多个角度的测试，为测试多个角度吸波材料的反射率带来极大的便利。
本发明提供了一种自适应时域门的吸波材料反射率动态测试系统，包括：
发射天线、接收天线、弓形架、矢量网络分析仪、弓形架控制箱、样品支撑平台、测试平台、控温设备、尖劈吸波材料；
所述弓形架设有两臂，两臂夹角可调；
所述发射天线和接收天线分别固定在弓形架的两臂上；
所述样品支撑平台周边放置尖劈吸波材料；
所述矢量网络分析仪与发射天线、接收天线连接；
所述弓形架控制箱与弓形架连接；
所述测试平台与弓形架控制箱、矢量网络分析仪，控温设备连接；
所述接收天线接收通过样品支撑平台上待测物品反射的发射信号；
所述尖劈吸波材料用于吸收样品支撑平台周围环境噪声，
所述矢量网络分析仪用于接收接收天线接收的反射信号数据，并通过测试平台添加的时域门对反射信号数据进行处理；
所述弓形架控制箱用于控制弓形架动态调整发射天线、接收天线之间的入射角度；
所述控温设备用于调整样品支撑平台上放置的待测样品的温度；
所述测试平台用于调整弓形架控制箱、矢量网络分析仪，控温设备的测试参数，并保存矢量网络分析仪传输的信号数据。
优选的，所述弓形架两臂夹角的调整范围为0-180度。
本发明还提供了一种自适应时域门的吸波材料反射率动态测试方法，包括：
S1.通过测试平台设置测试参数；
S2.通过测试平台对矢量网络分析仪添加时域门；
S3.将标准吸波材料放置在样品支撑平台；
S4.基于所述测试参数，测试平台通过弓形架控制箱对弓形架进行调整，同时基于测试参数，通过矢量网络分析仪采集标准反射数据，通过时域门对标准反射数据进行处理，得到标准数据，并通过测试平台保存标准数据；
S5.将标准吸波材料更换为尖劈吸波材料，将尖劈吸波材料放置在样品支撑平台上，重复步骤S4，得到误差数据，并通过测试平台保存误差数据；
S6.将放置在样品支撑平台上的尖劈吸波材料更换为待测吸波材料，将待测吸波材料放置在样品支撑平台上，通过控温设备将待测吸波材料加热，重复步骤S4，得到待测数据，并通过测试平台保存待测数据；
S7.通过测试平台对标准数据、误差数据、待测数据进行处理，得到待测吸波材料反射率。
优选的，所述步骤S1中测试参数包括：
初始角度、步进速度、步进达位时间、延时采集时间、步进间隔时间、步进次数。
优选的，所述步骤2的具体步骤为：
测试平台通过可编程仪器标准命令将矢量网络分析仪中的频域信号转换为时域信号，然后加入门函数，通过门函数对时域信号进行处理。
优选的，所述步骤S3中的标准吸波材料采用单层金属板。
优选的，所述S4的具体步骤为：
S4.1.将弓形架调整到初始角度；
S4.2.测试平台通过弓形架控制箱根据步进速度和步进达位时间对弓形架进行首次调整；
S4.3.首次调整完成后，矢量网络分析仪基于延时采集时间进行延时采集，基于步进间隔时间采集第一标准反射数据，通过时域门对第一标准反射数据进行处理，得到第一标准数据，通过测试平台保存第一标准数据，同时记录数据采集次数为1，完成首次数据采集；
S4.4.首次数据采集完成后，测试平台根据步进速度和步进达位时间通过弓形架控制箱对弓形架进行第二次调整，第二次调整完成后，矢量网络分析仪再次基于延时采集时间进行延时采集，矢量网络分析仪基于步进间隔时间采集第二标准反射数据，通过时域门对第二标准反射数据进行处理，得到第二标准数据，通过测试平台保存第二次标准数据，同时更新数据采集次数，完成第二次数据采集；
S4.5.重复步骤S4.4，保存第N标准数据，同时更新采集次数，其中，N为数据采集次数，当数据采集次数与步进次数相同时，矢量网络分析仪停止数据采集，得到所有的标准数据。
优选的，所述步骤S7具体步骤为：通过下式计算反射率Γ：
其中，Pa为标准吸波材料的反射功率，Pb为误差吸波材料的反射功率，Pm为待测吸波材料的反射功率。
本发明提供的技术方案与传统的静态测试方法相比，具有如下有益效果：
1、本发明根据弓形架的测试参数，通过弓形架控制箱对弓形架进行调整，同时根据矢量网络分析仪的测试参数，通过矢量网络分析仪采集反射数据，通过时域门对反射数据进行处理，得到材料数据，通过测试平台保存材料数据，对材料数据进行计算即可得到吸波材料反射率，在一次测试过程中就可以得出多个角度的吸波材料反射率，相比于分开测试，测试过程中标准板和材料板取放、加时域门和设置弓形架达位角度等操作都只需要进行一次，省去了很多重复的操作，大幅度提升了测试效率；
2、在高温测试时，通过控温设备对待测材料进行加热，只需加热升温一次就可以完成不同温度下多角度的测试，减少了测试成本；
3、本发明在测试过程中一次放置吸波材料进行多次测试，无需多次取放吸波材料，避免因吸波材料在静态测试时摆放位置相对有偏差带来的误差，提升了测试精度；
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的系统示意图；
图2为本发明实施例提供的弓形架示意图；
图3为本发明实施例提供的方法流程示意图；
图4为本发明实施例提供的数据采集流程示意图。
具体实施方式
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，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通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。
为了解决在现有技术中存在对无法对同一样本进行多次角度的动态测量等问题，如图1所示，本发明提供了一种自适应时域门的吸波材料反射率动态测试系统，包括，
发射天线、接收天线、弓形架、矢量网络分析仪、弓形架控制箱、样品支撑平台、测试平台、控温设备、尖劈吸波材料；
所述弓形架设有两臂，两臂夹角可调；
如图2所示，所述发射天线和接收天线分别固定在弓形架的两臂上，所述弓形架两臂为T型臂；
所述样品支撑平台周边放置吸波材料；
所述矢量网络分析仪与发射天线、接收天线连接；
所述弓形架控制箱与弓形架连接；
所述测试平台与弓形架控制箱、矢量网络分析仪，控温设备连接；
所述发射天线用于发射信号，所述接收天线用于接收通过待测样品反射的反射信号；
所述尖劈吸波材料用于吸收样品支撑平台周围环境噪声，
所述矢量网络分析仪用于接收接收天线接收的反射信号数据，并通过测试平台添加的时域门对反射信号数据进行处理；
所述弓形架控制箱用于控制弓形架动态调整发射天线、接收天线之间的角度，对于调整角度范围为0-180度；
所述样品支撑平台用于放置待测样品，通过控温设备对样品支撑平台进行温度调整，所述控温设备为高温加热炉。
所述测试平台使用计算机，用于调整弓形架控制箱、矢量网络分析仪，控温设备的测试参数，并保存矢量网络分析仪传输的信号数据。
如图3所示，本发明还公开了一种自适应时域门的吸波材料反射率动态测试方法，本发明实施例中以进行入射角10度至40度，间隔5度的动态反射率测试为例，即进行入射角度为10度、15度、20度、25度、30度、35度和40度的7次连续反射率测试，选取样品尺寸为180mm*180mm，测试频段为8-18GHz；进行上述实验的步骤包括：
S1.通过测试平台对弓形架、矢量网络分析仪的测试参数进行设置；
测试参数包括：步进步数、步进速度、步进达位时间、初始角度和终止角度，初始角度和终止角度是弓形架其中任一臂与平面所呈夹角；测试频段、测试点数、中频带宽、步进间隔时间、延时采集时间；发射天线参数：信号功率、工作频率；
两个弓形臂与水平面的夹角为两个相同的标示角度，标示角度初始设置为初始角度，初始角度设置为85度，测试入射角10度至40度，即测试标示角度为80度到50度，即终止角度为50度，每隔5度进行一次测量，设置弓形架的步进方式为连续步进，所述步进速度为1度/秒，步进达位时间为5秒，延时1秒进行数据采集，即设置延时采集时间为1秒，之后在4秒内完成数据采集，即设置步进间隔时间为4秒，在数据采集之前矢量网络分析仪等待延时采集时间，保证测量时的角度准确，进而保证采集数据时所采集数据的准确性。在步进间隔时间内，完成矢量网络分析仪采集数据及测试平台数据保存操作，其中矢量网络分析仪采集数据及测试平台数据保存操作运算过程只需要很短的时间即可完成，为方便计算与理解，同时为了保证数据采集的完整和准确，本实施例中将步进间隔时间调整为4秒。
如图4所示，S2.通过测试平台对矢量网络分析仪添加时域门；
开启矢量网络分析仪，测试平台通过可编程仪器标准命令(SCPI)将矢量网络分析仪中的频域信号转换为时域信号，然后加入门函数，通过门函数对时域信号进行处理。
S3.将标准吸波材料放置在样品支撑平台；
标准吸波材料采用单层金属板，将标准吸波材料放置在样品支撑台上，对标准吸波材料的标准反射数据进行采集，所采集的标准反射数据包括，反射功率和反射数据波形；
S4.基于所述测试参数，通过弓形架控制箱对弓形架进行调整，同时基于测试参数，通过矢量网络分析仪采集标准反射数据，通过时域门对标准反射数据进行处理，得到标准数据，并通过测试平台保存标准数据。
发射天线发射测试信号，然后接收天线接收通过标准吸波材料反射的测试信号，得到标准反射信号；
S4.1.将弓形架调整到初始角度。开启弓形架控制箱的连续步进控制功能和矢量网络分析仪数据采集功能，将弓形架调整到初始角度；
S4.2.弓形架控制箱基于步进速度和步进达位时间对弓形架进行首次调整。设置步进达位时间5秒，步进速度为1度/秒，在初始角度调整完成后，弓形架控制箱控制弓形架在步进达位时间内，调整到第一入射角度，即弓形架在步进达位时间中，步进5度，当标示角度为80度时，即第一入射角为10度时，完成首次调整；
S4.3.首次调整完成后，为防止弓形架未达位而提前采集了数据，矢量网络分析再次等待1秒延时采集时间，即从弓形架和矢量网络分析仪功能开启到第一次数据采集等待6秒。基于步进间隔时间4秒，矢量网络分析仪在4秒内完成扫描，并对第一个入射角下的第一标准反射数据进行采集，将第一标准反射信号数据通过时域门进行处理，得到第一标准数据，将第一标准数据传输到测试平台中，测试平台对第一标准数据进行保存，同时记录采集次数为1；
S4.4.当首次数据采集完成后，测试平台根据步进速度和步进达位时间通过弓形架控制箱对弓形架进行再次调整，即在5秒的步进达位时间内再次步进5度，当弓形架标示角度为75度时，采集第二入射角下的数据时，等待延时采集时间1秒，基于步进间隔时间进行第二标准反射数据采集，即从第一次数据采集完成到第二次数据采集完成之间，等待10秒，通过时域门对第二标准反射数据进行处理，得到第二次标准数据，通过测试平台保存第二次标准数据，同时更新采集次数；
S4.5通过多次重复步骤S4.4，保存第N标准数据，同时更新采集次数，所述N为数据采集次数，当数据采集次数与步进次数相同时，矢量网络分析仪停止数据采集，得到所有的标准数据。
S5.将弓形架复位，将尖劈吸波材料放置在样品支撑平台上，重复步骤S4，通过测试平台保存误差数据；
S6.当得到所有误差数据时，再次将弓形架复位，将尖劈吸波材料替换为吸波材料板，将待测吸波材料放置在样品支撑平台上，如果待测吸波材料需要进行高温测试，先将吸波材料板加热至目标温度，再重复步骤S4进行数据采集，完成吸波材料板的待测数据的采集，通过测试平台对待测数据进行保存，测试平台停止数据采集且弹窗提示数据采集完成；
S7.通过测试平台对标准数据、误差数据、待测数据进行处理，得到待测吸波材料反射率。
待测吸波材料反射率可以通过反射功率计算反射率Γ的计算公式：
计算得到待测吸波材料在每个角度下的反射率，公式中：标准吸波材料、尖劈吸波材料和待测吸波材料的反射功率分别记为Pa、Pb、Pm。
另一种实施例，在采集接收天线传输的信号数据时，矢量网络分析仪接收发射天线的信号数据，根据接收天线和发射天线的信号数据，计算各吸波材料的反射系数S，使用反射系数S对反射率Γ进行计算，则通过公式：
其中S21a、S21b和S21m分别为同一个角度下标准吸波材料、尖劈吸波材料和待测吸波材料的反射系数，其他角度的反射率也由以上计算公式得出。
通过上述其中一个公式，根据标准数据、误差数据、待测数据即可得出入射角度为10度、15度、20度、25度、30度、35度和40度时待测吸波材料板的反射率。
测试平台的显示界面会显示计算结果，每个角度的反射率结果通过多条反射率曲线显示在测试平台的显示界面上，可直观对不同角度的反射率结果进行对比分析，测试完成后多个角度的反射率测试结果可以直接显示在测试软件界面上，方便对测试结果进行对比分析。
本发明提供的技术方案与传统的静态测试方法相比，具有如下有益效果：
1、本发明根据弓形架的测试参数，通过弓形架控制箱对弓形架进行调整，同时根据矢量网络分析仪的测试参数，通过矢量网络分析仪采集反射数据，通过时域门对反射数据进行处理，得到材料数据，通过测试平台保存材料数据，对材料数据进行计算即可得到吸波材料反射率，在一次测试过程中就可以得出多个角度的吸波材料反射率，相比于分开测试，测试过程中标准板和材料板取放、加时域门和设置弓形架达位角度等操作都只需要进行一次，省去了很多重复的操作，大幅度提升了测试效率；
2、在高温测试时，通过控温设备对待测材料进行加热，只需加热升温一次就可以完成不同温度下多角度的测试，减少了测试成本；
3、本发明在测试过程中一次放置吸波材料进行多次测试，没有多次取放吸波材料，避免因吸波材料在静态测试时摆放位置相对有偏差带来的误差，提升了测试精度；
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (3)

1.一种自适应时域门的吸波材料反射率动态测试方法，其特征在于：
采用自适应时域门的吸波材料反射率动态测试系统，所述自适应时域门的吸波材料反射率动态测试系统具体包括：
发射天线、接收天线、弓形架、矢量网络分析仪、弓形架控制箱、样品支撑平台、测试平台、控温设备和尖劈吸波材料；
所述弓形架设有两臂，两臂夹角可调；
所述发射天线和接收天线分别固定在弓形架的两臂上；
所述样品支撑平台周边放置尖劈吸波材料；
所述矢量网络分析仪与发射天线、接收天线连接；
所述弓形架控制箱与弓形架连接；
所述测试平台与弓形架控制箱、矢量网络分析仪和控温设备连接；
所述接收天线接收通过样品支撑平台上待测物品反射的发射信号；
所述尖劈吸波材料用于吸收样品支撑平台周围环境噪声，
所述矢量网络分析仪用于接收接收天线接收的反射信号数据，并通过测试平台添加的时域门对反射信号数据进行处理；
所述弓形架控制箱用于控制弓形架动态调整发射天线、接收天线之间的入射角度；
所述控温设备用于调整样品支撑平台上放置的待测样品的温度；
所述测试平台用于调整弓形架控制箱、矢量网络分析仪和控温设备的测试参数，并保存矢量网络分析仪传输的信号数据；
所述自适应时域门的吸波材料反射率动态测试方法采用所述自适应时域门的吸波材料反射率动态测试系统，所述自适应时域门的吸波材料反射率动态测试方法具体包括：
S1.通过测试平台设置测试参数，其中，测试参数包括初始角度、步进速度、步进达位时间、延时采集时间、步进间隔时间和步进次数；
S2.通过测试平台对矢量网络分析仪添加时域门，测试平台通过可编程仪器标准命令将矢量网络分析仪中的频域信号转换为时域信号，然后加入门函数，通过门函数对时域信号进行处理；
S3.将标准吸波材料放置在样品支撑平台，其中，标准吸波材料采用单层金属板；
S4.基于所述测试参数，测试平台通过弓形架控制箱对弓形架进行调整，同时基于测试参数，通过矢量网络分析仪采集标准反射数据，通过时域门对标准反射数据进行处理，得到标准数据，并通过测试平台保存标准数据，具体步骤为：
S4.1.将弓形架调整到初始角度；
S4.2.测试平台通过弓形架控制箱根据步进速度和步进达位时间对弓形架进行首次调整；
S4.3.首次调整完成后，矢量网络分析仪基于延时采集时间进行延时采集，基于步进间隔时间采集第一标准反射数据，通过时域门对第一标准反射数据进行处理，得到第一标准数据，通过测试平台保存第一标准数据，同时记录数据采集次数为1，完成首次数据采集；
S4.4.首次数据采集完成后，测试平台根据步进速度和步进达位时间通过弓形架控制箱对弓形架进行第二次调整，第二次调整完成后，矢量网络分析仪再次基于延时采集时间进行延时采集，矢量网络分析仪基于步进间隔时间采集第二标准反射数据，通过时域门对第二标准反射数据进行处理，得到第二标准数据，通过测试平台保存第二次标准数据，同时更新数据采集次数，完成第二次数据采集；
S4.5.重复步骤S4.4，保存第N标准数据，同时更新采集次数，其中，N为数据采集次数，当数据采集次数与步进次数相同时，矢量网络分析仪停止数据采集，得到所有的标准数据；
S5.将标准吸波材料更换为尖劈吸波材料，将尖劈吸波材料放置在样品支撑平台上，重复步骤S4，得到误差数据，并通过测试平台保存误差数据；
S6.将放置在样品支撑平台上的尖劈吸波材料更换为待测吸波材料，将待测吸波材料放置在样品支撑平台上，通过控温设备将待测吸波材料加热，重复步骤S4，得到待测数据，并通过测试平台保存待测数据；
S7.通过测试平台对标准数据、误差数据和待测数据进行处理，得到待测吸波材料反射率。
2.根据权利要求1所述一种自适应时域门的吸波材料反射率动态测试方法，其特征在于：
所述弓形架两臂夹角的调整范围为0-180度。
3.根据权利要求1所述一种自适应时域门的吸波材料反射率动态测试方法，其特征在于：
所述步骤S7具体步骤为：通过下式计算反射率Γ：
其中，Pa为标准吸波材料的反射功率，Pb为误差吸波材料的反射功率，Pm为待测吸波材料的反射功率。
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