CN208833903U - 一种微波毫米波三维近场数据采集与成像装置 - Google Patents

Abstract

一种微波毫米波三维近场数据采集与成像装置，属于电磁场测量技术领域。设有控制电脑、测试探针、三轴运动控制器、线性平移台、矢量网络分析仪、金属支架和样品台；所述控制电脑分别与三轴运动控制器和矢量网络分析仪相连，三轴运动控制器与线性平移台相连；样品台安装固定在线性平移台上，金属支架设在线性平移台上方；测试探针固定在金属支架上并且与被测样品的一端口一起连接到矢量网络分析仪上。利用高性能长行程线性移动平台及同轴测试探针，可以实现对被测样品周围指定区域不同频率下的电场或者磁场进行逐点扫描，获取相关幅值与相位信息数据，并能通过电脑对场分布数据进行分析处理及成像显示。

Description

一种微波毫米波三维近场数据采集与成像装置

技术领域

本实用新型属于电磁场测量技术领域，尤其是涉及一种微波毫米波三维近场数据采集与成像装置。

背景技术

电磁超材料是通过人工设计具有周期或者准周期结构的复合材料。这种复合材料与传统材料相比具有特异的物理性质，而且这种特异物理性质不仅取决于组成材料的本征性质，还取决于其亚波长结构尺寸参数。研究表明，电磁超材料具有负折射率、超吸收、旋光性、类电磁感应透明等多种新颖物理性质，并可通过结构尺寸设计对这些特性进行调控。近年来，为了便于器件与电路的集成应用，开展二维人工电磁超材料，特别是人工电磁超表面、人工表面等离激元(spoof surface plasmons，SSPs)的研究受到人们的广泛关注。由于人工表面等离激元能够在微波、毫米波及太赫兹波频段下实现类似于光频段表面等离激元近场束缚、局域增强等特性，因此基于人工表面等离激元器件与系统在信号传输、生物传感、高分辨率成像等领域展现出极大的应用前景。目前，如何对电磁超材料、超表面、人工表面等离激元器件进行高效、准确实验表征，获取器件的近场幅值相位等信息，对该领域研究尤其关键。然而，现有比较完善的近场扫描系统主要有两种：光电型平移扫描系统和基于天线的平移扫描系统，然而这两种系统因存在成本较高，搭建复杂，在测量速度、精度或探测物理量等方面问题，无法满足新型电磁超材料的近场测试的应用要求。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有近场扫描技术中精度不高、搭建复杂、测量模式单一、一次扫描只能获取单个频率下场分布等问题，提供适合于开放式波导、集成电路、超材料、超表面及其它器件与电路的一种微波毫米波三维近场数据采集与成像装置。

本实用新型设有控制电脑、测试探针、三轴运动控制器、线性平移台、矢量网络分析仪、金属支架和样品台；所述控制电脑分别与三轴运动控制器和矢量网络分析仪相连，三轴运动控制器与线性平移台相连；样品台安装固定在线性平移台上，金属支架设在线性平移台上方；测试探针固定在金属支架上并且与被测样品的一端口一起连接到矢量网络分析仪上。

所述三轴运动控制器可通过USB线与控制电脑相连，三轴运动控制器可通过线缆与线性平移台相连。被测样品固定在样品台上，在控制电脑上可设置扫面范围、步进与速度参数，精确地控制被测样品移动。同时，控制电脑可以获取被测样品目前的移动位置、扫描进度和预估扫描时间等参数。

所述矢量网络分析仪可通过柔性电缆分别与测试探头和被测样品相连并对被测样品进行激励及测试。此外，矢量网络分析仪可通过USB-GPIB线与控制电脑相连，用于数据通信，并且在控制电脑的控制下，当被测样品移动到确定扫描位置时，采集被测样品周围场的幅值与相位，在控制电脑上显示并保存。本实用新型可以利用不同的固定支架与测试探针，实时采集被测样品的电场、磁场分布。

本实用新型中，所述控制电脑同时与三轴运动控制器和矢量网络分析仪相连，设置扫描区域、步进、频点等参数，精确地控制被测样品移动到特定扫描点，然后控制矢量网络分析仪采集扫描点的不同模式、不同频点下场的幅值与相位，并从网络分析仪中读取数据，对数据进行处理，在控制电脑上显示并保存，完成对被测样品的三维近场数据采集与成像。

本实用新型提供了一种易于搭建、扫描精度高的微波毫米波三维近场数据采集与成像系统，利用高性能长行程线性移动平台及同轴测试探针，可以实现对被测样品周围指定区域不同频率下的电场或者磁场进行逐点扫描，获取相关幅值与相位信息数据，并能通过电脑对场分布数据进行分析处理及成像显示。在一次近场扫描中，通过设置扫描频段、采样点等参数，能够采集并保存在不同频点下的场分布。本实用新型可用于开放式波导、集成电路、超材料、超表面及其它器件与电路的近场扫描成像，具有十分广泛的应用前景。

相对于现有近场扫描成像方案，本实用新型的突出技术效果如下：

1)本实用新型可以通过设置扫描频段与采样点，一次扫描就可以得到被测样品在不同频率点下的场分布，而现有近场扫描方案仅一次只能扫描一个频率点，与扫描不同频率点需要设计并更换不同的测试探针的情况相比，大大减少了扫描时间，提高了研究效率。

2)本实用新型采用高性能长行程线性平移台，不仅实现被测样品在空间的三维移动，可以测试任意一点的场分布，而且线性平移台的移动精度仅为6μm，显著地提高整个系统的测量扫描精度。此外，本实用新型采用探针固定而被测样品随着移动平台移动而移动，降低了传统近场扫描中探针移动引入的测量误差，保证了测试的稳定性与准确性。

3)本实用新型采用同轴测试探针与固定支架，可以实现对被测样品周围指定区域的电场或磁场进行逐点扫描，另外，可根据被测样品特征、工作频率、模式等需要，采用其他形式的探针，如矩形波导、脊波导、喇叭天线等。

4)本实用新型系统简单、搭建方便，可以快速完成对被测样品的微波毫米波三维近场数据采集与成像；若利用太赫兹波矢量网络分析仪和其他太赫兹时域光谱系统，本实用新型可以扩展应用于太赫兹波的三维近场采集与成像。

附图说明

图1是本实用新型实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐述说明本实用新型。

本实用新型的一个实施例如图1所示，被测样品为一种平面型人工表面等离激元波导。本实用新型主要由七部分组成，分别为：控制电脑1、测试探针2、三轴运动控制器3、线性平移台4、矢量网络分析仪5、金属支架6和样品台7；

所述控制电脑1分别通过USB线及USB-GPIB转接线，与三轴控制器3及矢量网络分析仪5相连，利用LabVIEW的VISA实现数据通信，三轴运动控制器3又通过线缆与线性平移台4相连；矢量网络分析仪5分别通过柔性电缆与测试探针2和被测样品8的一端相连，用于测量被测样品8周围场的幅值与相位。测试探针2固定在金属支架6的平面板中心，下方是固定在样品台7上的被测样品8。样品台7同时固定在线性平移台4上，随着线性平移台4精确地移动移动。

在本实施例中，被测样品8处在金属支架6与样品台7中间，而且金属支架6与样品台7为两块极大面积(相对于被测样品)的金属板，以此来测试被测样品的TE模的场分布。

本实施例是利用LabVIEW编写的程序完成控制电脑1对三轴运动控制器3及矢量网络分析仪5的控制，设置好扫描范围、步进、扫描速度与扫描频段和采样点等参数。点击开始后，被测样品8将会在扫描区域内逐点移动，同时，矢量网络分析仪5会对每个扫描点进行数据采集，并在控制电脑1上实时显示每个扫描点上的S21，S11的图像，以及对数据进行保存。待整个扫描过程完成后，控制电脑1可以对数据进行处理、显示特定频率、特定模式和特定扫描区域的场分布图像。

Claims (9)

1.一种微波毫米波三维近场数据采集与成像装置，其特征在于设有控制电脑、测试探针、三轴运动控制器、线性平移台、矢量网络分析仪、金属支架和样品台；所述控制电脑分别与三轴运动控制器和矢量网络分析仪相连，三轴运动控制器与线性平移台相连；样品台安装固定在线性平移台上，金属支架设在线性平移台上方；测试探针固定在金属支架上并且与被测样品的一端口一起连接到矢量网络分析仪上。

2.如权利要求1所述一种微波毫米波三维近场数据采集与成像装置，其特征在于所述三轴运动控制器通过USB线与控制电脑相连。

3.如权利要求1所述一种微波毫米波三维近场数据采集与成像装置，其特征在于所述三轴运动控制器通过线缆与线性平移台相连。

4.如权利要求1所述一种微波毫米波三维近场数据采集与成像装置，其特征在于所述被测样品固定在样品台上，在控制电脑上设置扫面范围、步进与速度参数，控制被测样品移动。

5.如权利要求1所述一种微波毫米波三维近场数据采集与成像装置，其特征在于所述控制电脑获取被测样品目前的移动位置、扫描进度和预估扫描时间参数。

6.如权利要求1所述一种微波毫米波三维近场数据采集与成像装置，其特征在于所述矢量网络分析仪通过柔性电缆分别与测试探头和被测样品相连并对被测样品进行激励及测试。

7.如权利要求1所述一种微波毫米波三维近场数据采集与成像装置，其特征在于所述矢量网络分析仪通过USB-GPIB线与控制电脑相连，用于数据通信，并且在控制电脑的控制下，当被测样品移动到确定扫描位置时，采集被测样品周围场的幅值与相位，在控制电脑上显示并保存。

8.如权利要求1所述一种微波毫米波三维近场数据采集与成像装置，其特征在于利用不同的固定支架与测试探针，实时采集被测样品的电场和磁场分布。

9.如权利要求1所述一种微波毫米波三维近场数据采集与成像装置，其特征在于所述控制电脑同时与三轴运动控制器和矢量网络分析仪相连，设置扫描区域、步进、频点参数，控制被测样品移动到扫描点，然后控制矢量网络分析仪采集扫描点的不同模式、不同频点下场的幅值与相位，并从网络分析仪中读取数据，对数据进行处理，在控制电脑上显示并保存，完成对被测样品的三维近场数据采集与成像。