[发明专利]一种用于自由空间材料电磁参数测试系统的校准方法

说明书

技术领域

本发明属于电磁参数测试系统的校准技术领域，尤其涉及的是一种用于自由空间材料电磁参数测试系统的校准方法。

背景技术

随着微波技术的飞速发展，航空、航天、通讯技术与信息技术等高科技领域对天线、微波元器件的要求也随之提高，使得微波/毫米波材料在这些领域中起到了越来越重要的作用。材料的电磁参数是其基本特性，各种微波/毫米波器件及设备的性能是否达标与材料的电磁参数有重要关系，因此在器件研发过程中首先要确定所使用材料的电磁特性，也就需要对所用材料进行相关测试。

目前常用的材料电磁参数测试方法有传输线法、自由空间法、谐振腔法以及单探头反射法，其中自由空间法是利用收发天线发射微波/毫米波信号照射测试样品，测量其反射传输参数，反演得到材料电磁参数。自由空间材料测试技术对材料制备要求低，只需要制备满足一定厚度有一定面积的平整材料，无需进行精密切割加工，适合非破坏性测试，且可方便进行高低温测试，更适应于加工难度较高的毫米波测试。

如图1所示，自由空间材料测试系统主要测试仪器为矢量网络分析仪11，两端口分别连接两天线13及14(常用点聚焦天线)，天线间放置平板状待测材料，矢网可通过GPIB或LAN总线由主控计算机12控制进行数据采集并进行电磁参数反演。

进行材料电磁参数测试要获取传输/反射系统的S参数，必须在进行测试之前对整体系统进行校准，即针对待测材料进行两端口网络校准，以消除矢量网络分析仪内部以及收发天线的误差，得到微波信号透过被测材料组成的双端口网络的真实S参数，进而反演得到材料电磁参数。

根据矢量网络分析仪原理，建立12项误差模型，矢网的校准就是通过对校准件的测量，求解系统误差项，进行被测件测量时就可通过误差项和测量值得到真实的S参数。基于同轴或波导的传输/反射法进行材料测试时，采用的是传统的传输线，因此只需要利用传统的SOLT法(即短路器、开路器、匹配负载、直通法)就可进行系统校准，但在自由空间中开路器及匹配负载这类校准件难以实现，所以无法进行校准。

另一种常用的方法校准方法是TRL法(即直通、反射、传输法)，可应用到自由空间校准中，直通测量即不加入任何材料，反射测量可用标准反射板实现，而传输测量则需要移动收发天线实现，最佳传输线标准为中心波长的1/4。其校准步骤为：

1、将两天线按一定间距(聚焦天线间距调味2倍焦距)对正放置，矢网进行直通测量；

2、在两天线中间位置放置短路板校准件，矢网分别进行两端口反射测量；

3、移除短路板，将两聚焦天线间距增加约1/4中心波长，矢网进行传输测量。

完成校准后，矢量网络分析仪将通过自带校准程序进行误差项计算，再进行被测件测量时将通过计算得到真实S参数。

通过分析国内外参考文献和类似技术，自由空间材料测试系统的校准多采用TRL校准方法。TRL校准过程中需要移动收发天线来模拟传输校准件，位移量为1/4中心波长，因此需要较为精密的机械夹具调整收发天线的距离，而且频率越高对精度要求越高，操作也更为困难。

因此，现有技术存在缺陷，需要改进。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种用于自由空间材料电磁参数测试系统的校准方法。

本发明的技术方案如下：

一种用于自由空间材料电磁参数测试系统的校准方法，其中，包括以下步骤：

步骤1：设置不连接收发天线，对矢量网络分析仪进行校准；

步骤2：设置连接收发天线，在所述收发天线中间放置标准反射板，利用矢量网络分析仪测得二端口网络散射S参数中的S₁₁及S₂₂，分别记为及

步骤3：设置连接收发天线，在所述收发天线中间不放置任何材料，利用矢量网络分析仪测得S参数中的S₁₁及S₁₂，分别记为及

步骤4：设置连接收发天线，在所述收发天线中间不放置任何材料，在发射天线反射位置设置时域门，利用矢量网络分析仪测得S参数中的S₁₁及S₂₂，分别记为及