一种用于自由空间材料电磁参数测试系统的校准方法
【专利摘要】本发明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。
【专利说明】一种用于自由空间材料电磁参数测试系统的校准方法
【技术领域】
[0001]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】
[0002]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。
[0003]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。
[0004]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。
[0005]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。
[0006]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。
[0007]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:
[0008]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；
[0009]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；
[0010]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。
[0011]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。[0012]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。
[0013]因此，现有技术存在缺陷，需要改进。
【发明内容】
[0014]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。
[0015]本发明的技术方案如下:
[0016]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:
[0017]步骤1:设置不连接收发天线，对矢量网络分析仪进行校准；
[0018]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,分别记为赋Μ ;
[0019]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^^及私灿；
[0020]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，分别记为欠^及矣L/;
[0021]步骤5:利用预设公式计算自由空间误差源的误差项，Ε11Α、Ε11Β、Ε22Α、Ε22Β、Ε21Α、Ε12Α、Ε12Β、Ε21Β，其中，Ε11Α、Ε11Β分别为两端口方向性误差，E22a, E22b分别为两端口源失配误差，E2ia,E12A> E12b, E21b为传输及反射跟踪误差；
[0022]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 ；
[0023]步骤7:采用预定公式计算待测材料中S参数矩阵Sn、S21, S12, S22,完成校准。
[0024]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。
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[0025]所述的校准方法，其中，所述步骤2中
【权利要求】
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S1Im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,分别记为仏,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，E2ia, 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Sn、S21, S12, S22,完成校准。
2.如权利要求1所述的校准方法，其特征在于，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。
3.如权利要求2所述的校准方法，其特征在于，所述步骤2中，
4.如权利要求3所述的校准方法，其特征在于，所述步骤3中，
5.如权利要求4所述的校准方法，其特征在于，所述步骤4中，
6.如权利要求5所述的校准方法，其特征在于，所述步骤5中，
7.如权利要求6所述的校准方法，其特征在于，所述步骤6中，S11M,S21m, S12m, S22m ；
8.如权利要求7所述的校准方法，其特征在于，所述步骤7中，
【文档编号】G01R35/00GK103630864SQ201310613942
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年11月26日 优先权日:2013年11月26日
【发明者】杜刘革, 赵锐, 殷志军, 刘伟, 常庆功, 王亚海 申请人:中国电子科技集团公司第四十一研究所