CN214473624U

CN214473624U - 多探头的弓形架测试系统

Info

Publication number: CN214473624U
Application number: CN202022899575.5U
Authority: CN
Inventors: 陈海东; 张俊; 何招领; 修鑫; 刘嵘彬; 霍正祚; 车文荃; 薛泉
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2020-12-04
Filing date: 2020-12-04
Publication date: 2021-10-22
Anticipated expiration: 2030-12-04

Abstract

本实用新型公开了一种多探头的弓形架测试系统，其中系统包括：弓形支架；自动化样品台，设置在所述弓形支架的内部，且所述弓形支架的圆弧所在的平面与所述自动化样品台所在的平面互相垂直，所述圆弧的圆心与所述自动化样品台的中心重合；多个喇叭天线，固定安装在所述弓形支架的多个位置上，所述喇叭天线的口径指向圆弧的中心；矩阵开关；矢量网络分析仪；数据处理模块，用于控制所述矩阵开关和所述矢量网络分析仪的工作状态，以及对采集到的电磁波信号进行处理，获得待测样品的多种电磁参数。本实用新型通过在弓形支架的多个位置上安装喇叭天线，能够实现材料的反射率和介电常数等多电磁参数的测量，可广泛应用于微波测试领域。

Description

多探头的弓形架测试系统

技术领域

本实用新型涉及微波测试领域，尤其涉及一种多探头的弓形架测试系统。

背景技术

随着微波技术的快速发展，各种微波器件和材料广泛应用于通信和雷达系统。在科研人员进行微波电路或者其他微波器件的设计过程中，所使用的微波材料的介电常数(或复介电常数)是一个必须参考的重要参数。而随着科研系统对微波器件的表征准确度和结构精密程度的要求越来越高，人们对材料电磁参数的测试和表征技术的要求也越来越高。

此外，在常用介质材料的电磁参数测试中，多个电磁参数通常需要多种不同的测试系统来完成。虽然测试的材料相同，但是影响各个测试系统的误差因素是不同的，而且不得不对待测材料进行移动或其它操作，这些都可能增加测试的误差。因此使用非同一系统测试的不同参数对微波材料进行电磁表征就会出现偏差，从而影响对材料的电磁性能的整体评价。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型的目的是提出一种多探头的弓形架测试系统。

本实用新型所采用的技术方案是：

一种多探头的弓形架测试系统，包括：

弓形支架，设置在暗室内；

自动化样品台，设置在所述弓形支架的内部，且所述弓形支架的圆弧所在的平面与所述自动化样品台所在的平面互相垂直，所述圆弧的圆心与所述自动化样品台的中心重合；

多个喇叭天线，固定安装在所述弓形支架的多个位置上，所述喇叭天线的口径指向圆弧的中心；

矩阵开关，与所述喇叭天线连接，用于控制所述喇叭天线发射或者接收电磁波信号；

矢量网络分析仪，设置在所述暗室外，与所述矩阵开关连接，用于产生电磁波信号；

数据处理模块，用于控制所述矩阵开关和所述矢量网络分析仪的工作状态，以及对采集到的电磁波信号进行处理，获得待测样品的多种电磁参数。

进一步，所述喇叭天线的数量为5个，5个所述喇叭天线中有两个所述喇叭天线对称安装在与水平面成30度的位置上，有两个所述喇叭天线对称安装在与水平面成60度的位置上，有一个所述喇叭天线安装在与水平面成90度的位置上。

进一步，对称安装的两个所述喇叭天线中，一个所述喇叭天线用于发射电磁波，另一个所述喇叭天线用于接收反射后的电磁波。

进一步，所述弓形支架由4条弓形结构的铝材通过焊接作为支撑主体，所述弓形支架的外部包裹一层吸波材料，用于吸收电磁波。

进一步，所述吸波材料在所述喇叭天线安装处的对应位置设有开孔，且所述开孔的形状和大小与喇叭天线的口径相同。

进一步，所述喇叭天线为双极化喇叭，所述双极化喇叭采用后馈的方式激励。

进一步，所述矩阵开关通过同轴线分别与所述喇叭天线和矢量网络分析仪连接。

进一步，所述喇叭天线通过法兰和端盘固定在所述弓形支架内部。

进一步，所述端盘的宽度等于所述弓形支架的间隙宽度。

进一步，所述自动化样品台的尺寸标准采用国家军用标准(GJB 2038A-2011)。

本实用新型的有益效果是：本实用新型通过在弓形支架的多个位置上安装喇叭天线，使用矩阵开关控制喇叭天线发射和接收电磁波，以及对所接收到的信号自动进行处理和分析，从而实现材料的反射率和介电常数等多电磁参数的测量。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本实用新型实施例中一种多探头的弓形架测试系统的示意图；

图2是本实用新型实施例中一种多探头的弓形架测试系统的连线图；

图3是本实用新型实施例中喇叭天线发射与接收信号的示意图；

图4是本实用新型实施例中弓形支架未包裹吸波材料的内部结构图。

具体实施方式

本部分将详细描述本实用新型的具体实施例，本实用新型之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本实用新型的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本实用新型保护范围的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，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或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本实用新型的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本实用新型中的具体含义。

本实施例提供一种多探头多功能弓形架测试系统，如图1和2所示，该系统包括弓形支架1，固定在弓形支架内部的双极化喇叭天线2，喇叭天线分别固定在与水平面成30度、60度和90度的位置，其口径指向圆弧的中心。自动化样品台3固定在弓形支架的内部，并且样品台的中心与弓形支架的圆弧中心重合，从而保证测试要求，提高测量地精度。矩阵开关4作为中间级通过同轴线连接矢量网络分析仪和5个喇叭天线，并且控制喇叭天线辐射或者接收电磁波信号。计算机控制矩阵开关和矢量网络分析仪，读取测量的数据，并用数据处理软件进行处理和分析。其中，图1中SP4T代表矩阵开关，VNA代表矢量网络分析仪，PC代表计算机。自动化样品台3可围绕着样品台的法线做旋转运动。

进一步作为可选的实施方式，弓形支架外部采用一种吸波材料包裹，该材料具有良好的吸波特性，可以吸收空间中的干扰电磁波，同时避免弓形支架反射由喇叭天线发射的电磁波信号，对实验的准确性造成影响。在安装喇叭天线的位置，需要在吸波材料上制作5个与喇叭天线口径尺寸相同的小孔，用于安装喇叭天线，如图4所示。

进一步作为可选的实施方式，自动化样品台的尺寸标准采用国家军用标准(GJB2038A-2011)。

进一步作为可选的实施方式，喇叭天线采用同轴后馈式激励，可以发射水平和垂直极化电磁波。喇叭天线通过法兰和端盘固定在弓形支架内部。

进一步作为可选的实施方式，矩阵开关作为中间级连接矢量网络分析仪和双极化喇叭天线，并且控制喇叭天线发射或者接收电磁波。

本实施例通过在弓形支架的圆弧部分安装5个双极化喇叭天线，与水平面分别成30度、60度和90度，并在弓形支架外部包裹具有良好吸波特性的吸波材料，减少外部电磁波的干扰。同时，在弓形支架内部固定自动化样品台，通过使用矩阵开关控制喇叭天线发射和接收电磁波，并用数据处理软件对所接收到的信号进行处理和分析。从而实现能够测量吸波材料的反射率、介电常数等电磁参数的多探头多功能弓形架测试系统。

本实施例基于多探头多功能弓形架测试系统的电磁参数测试方法，可以实现对包括反射率、介电常数等电磁参数的测量；具体实施案例如下：

实施例1：测量材料的反射率

测试材料的反射率测试，如图3所示。

1)首先，在自动化样品台3上放置校准金属板，通过矩阵开关控制其中一对镜面对称的喇叭天线2，其中一个用于发射信号，另外一个用于接收信号；

2)测试空暗室的条件下，在软件上对微波暗室的背景做校准；

3)重复2)的操作，对其余的喇叭天线做校准；

4)在完成所有喇叭天线的校准之后，将校准金属板改换为待测样品，通过矩阵开关控制喇叭天线发射和接收信号，记录测试材料的散射值；

5)通过测试材料的测试值计算待测样品的反射率。

测试时，可以利用镜面对称的一对喇叭天线2，其中一个发射电磁波，另外一个接收经待测样品反射后的电磁波，从而得到测试的结果。这种方法测试的材料的反射率与喇叭天线的工作频率以及它所处的角度有关。本方法在测试过程中，由于弓形支架尺寸较大，可能存在接收喇叭天线所接收的信号非常弱的问题，甚至可能难以检测准确。进一步作为可选的实施方式，可以采用扫频时域的方法，利用矢量网络分析仪发射频率步进的信号，然后可以通过扫频得到待测材料的频率响应。接下来，可以进行必要的数据处理，具体的思路是通过“频域→时域→频域”的转换，加入时域门，将其他干扰信号滤除，最终得到待测介质材料的反射率。

实施例2：测量材料的介电常数

测试材料的介电常数，如图3所示。

本实施例采用自由空间法对待测样品的介电常数进行测量。自由空间法是一种非接触的电磁参数测试方法，该方法通过利用喇叭天线将电磁波辐射到自由空间，然后再利用另外一个镜像对称喇叭天线接收从待测样品反射的电磁波信号，按照菲涅耳定理反演出待测样品的介电常数。

在实际测量中，首先使用校准金属板对空载微波暗室进行校准，在软件中消除微波暗室背景的影响；完成校准工作之后，将待测样品放置在自动化样品台上，通过矩阵开关控制一对喇叭天线其中一个发射电磁波，另外一个接收经样品反射之后的电磁波信号，平面波反射遵从菲涅耳反射定律。本实验采用的是双极化喇叭天线，通过改变喇叭天线的极化方向，可以得到不同的反射系数；最终，通过测得的S参数和反射系数R，反演出待测样品的介电常数。

介电常数εr的计算表达式：

其中Ω_R为：

并且

上述表达式中，θ是喇叭天线与水平面的夹角，R_v和R_H分别是垂直极化波和水平极化波的反射系数，S_21v和S_21H分别为垂直极化波和水平极化波测量时的S参数。

因此，实验中只要测量出水平和垂直极化时的S参数，并且记录此时喇叭天线的角度，便可以通过上述关系反演出样品的介电常数。

基于上述测试系统的多探头测试方法，在样品台上放置标准金属板或测试材料，利用矩阵开关控制喇叭天线发射和接收电磁波信号，经过数据处理可得到材料的不同角度的测试参数；对待测材料进行测试的电磁参数包括反射率和介电常数，测试的频率范围是2GHz-18GHz。

综上所述，本实施例的测试系统相对于现有技术，具有如下有益效果：

(1)、本实施例使用多个双极化喇叭天线，可实现多角度测量。

(2)、本实施例的支架主体包裹吸波材料，可减少装置本身对测量结果的影响。

(3)、本实施例的弓形架测试系统可实现测量多个电磁参数的功能。

以上是对本实用新型的较佳实施进行了具体说明，但本实用新型并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims

1.一种多探头的弓形架测试系统，其特征在于，包括：

弓形支架，设置在暗室内；

自动化样品台，设置在所述弓形支架的内部，且所述弓形支架的圆弧所在的平面与所述自动化样品台所在的平面互相垂直，所述圆弧的圆心与所述自动化样品台的中心重合；多个喇叭天线，固定安装在所述弓形支架的多个位置上，所述喇叭天线的口径指向圆弧的中心；

2.根据权利要求1所述的一种多探头的弓形架测试系统，其特征在于，所述喇叭天线的数量为5个，5个所述喇叭天线中有两个所述喇叭天线对称安装在与水平面成30度的位置上，有两个所述喇叭天线对称安装在与水平面成60度的位置上，有一个所述喇叭天线安装在与水平面成90度的位置上。

3.根据权利要求2所述的一种多探头的弓形架测试系统，其特征在于，对称安装的两个所述喇叭天线中，一个所述喇叭天线用于发射电磁波，另一个所述喇叭天线用于接收反射后的电磁波。

4.根据权利要求1所述的一种多探头的弓形架测试系统，其特征在于，所述弓形支架由4条弓形结构的铝材通过焊接作为支撑主体，所述弓形支架的外部包裹一层吸波材料，用于吸收电磁波。

5.根据权利要求4所述的一种多探头的弓形架测试系统，其特征在于，所述吸波材料在所述喇叭天线安装处的对应位置设有开孔，且所述开孔的形状和大小与喇叭天线的口径相同。

6.根据权利要求1所述的一种多探头的弓形架测试系统，其特征在于，所述喇叭天线为双极化喇叭，所述双极化喇叭采用后馈的方式激励。

7.根据权利要求1所述的一种多探头的弓形架测试系统，其特征在于，所述矩阵开关通过同轴线分别与所述喇叭天线和矢量网络分析仪连接。

8.根据权利要求1所述的一种多探头的弓形架测试系统，其特征在于，所述喇叭天线通过法兰和端盘固定在所述弓形支架内部。

9.根据权利要求8所述的一种多探头的弓形架测试系统，其特征在于，所述端盘的宽度等于所述弓形支架的间隙宽度。