一种用于自由空间材料电磁参数测试系统的校准方法技术方案

本发明专利技术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，采用矢量网络分析仪的校准方法及预设置的公式，实现对自由空间材料测试系统双端口网络散射参数矩阵的校准。采用上述方案，能够更为有效地进行自由空间材料测试系统校准，通过建立分离误差项传输/反射模型，不需要使用精密夹具对收发天线进行移动，只需利用简单校准件结合时域门技术，完成自由空间材料电磁参数测试系统的校准，避免了对高精度测试夹具的依赖。

【技术实现步骤摘要】
一种用于自由空间材料电磁参数测试系统的校准方法
本专利技术属于电磁参数测试系统的校准
，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。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术的技术方案如下：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，分别记为及步骤5：利用预设公式计算自由空间误差源的误差项，E11A、E11B、E22A、E22B、E21A、E12A、E12B、E21B，其中，E11A、E11B分别为两端口方向性误差，E22A、E22B分别为两端口源失配误差，E21A、E12A、E12B、E21B为传输及反射跟踪误差；步骤6：在所述收发天线中间放置待测材料，测得S参数记为S11M、S21M、S12M、S22M；步骤7：采用预定公式计算待测材料中S参数矩阵S11、S21、S12、S22，完成校准。所述的校准方法，其中，所述步骤2、所述步骤3及所述步骤4的执行顺序为互相调换。所述的校准方法，其中，所述步骤2中，所述的校准方法，其中，所述步骤3中，其中：e为自然常数，j为虚数单位，k为自由空间中波数，d为标准反射板厚度。所述的校准方法，其中，所述步骤4中，所述的校准方法，其中，所述步骤5中，其中：所述的校准方法，其中，所述步骤7中，上述公式中，其中：采用上述方案，能够更为有效地进行自由空间材料测试系统校准，通过建立分离误差项传输/反射模型，不需要使用精密夹具对收发天线进行移动，只需利用简单校准件结合时域门技术，完成自由空间材料电磁参数测试系统的校准，避免了对高精度测试夹具的依赖。附图说明图1为现有技术中自由空间材料测试系统配置图。图2为本专利技术自由空本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于自由空间材料电磁参数测试系统的校准方法，其特征在于，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S22，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，分别记为及步骤5：利用预设公式计算自由空间误差源的误差项，E11A、E11B、E22A、E22B、E21A、E12A、E12B、E21B，其中，E11A、E11B分别为两端口方向性误差，E22A、E22B分别为两端口源失配误差，E21A、E12A、E12B、E21B为传输及反射跟踪误差；步骤6：在所述收发天线中间放置待测材料，测得S参数记为S11M、S21M、S12M、S22M；步骤7：采用预定公式计算待测材料中S参数矩阵S11、S21、S12、S22，完成校准。FDA0000423002530000011.jpg,FDA0000423002530000012.jpg,FDA0000423002530000013.jpg,FDA0000423002530000014.jpg,FDA0000423002530000015.jpg,FDA0000423002530000016.jpg...

【技术特征摘要】
1.一种用于自由空间材料电磁参数测试系统的校准方法，其特征在于，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S22，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，分别记为及步骤5：利用预设公式计算自由空间误差源的误差项，E11A、E11B、E22A、E22B、E21A、E12A、E12B、E21B，其中，E11A、E11B分别为两端口方向性误差，E22A、E22B分别为两端口源失配误差，E21A、E12A、E12B、E21B为传输及反射跟踪误差；所述其中：

【专利技术属性】
技术研发人员：杜刘革，赵锐，殷志军，刘伟，常庆功，王亚海，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第四十一研究所，
类型：发明
国别省市：