一种超材料天线增益测量装置及方法与流程

本文件涉及天线增益测量领域，尤其涉及一种超材料天线增益测量装置及方法。

背景技术：

1、超材料是电磁场微波领域和新材料领域科学交叉的复合学科领域，狭义上的超材料指的是物理学家veselago于1968年提出的具有“双负”介质的材料，即负介电常数和负磁导率。如今超材料泛指通过合理设计材料结构中的物理尺寸和形状及排布从而获得自然媒质所不具备的电磁特性的材料。超材料的特殊电磁特性为天线的设计和优化提供了一种新颖的方向和思路。

2、新天线是未来通讯技术中的关键创新方向之一。天线是一种发射或接收电磁波的电子器件，用于实现自由空间电磁场和导波系统电磁场之间的互相转换，是军用和民用通信系统的关键部件，凡是利用电磁波来传递信息的均需依靠天线进行工作，天线的性能优劣直接影响通信系统的质量。随着无线电通信技术的迅猛发展，对于天线的各项性能指标的要求也越来越高，一些传统的天线设计方式不能满足当今通信系统的需要，超材料天线的出现为新型天线的研究和发展提供了全新的技术途径。

3、超材料天线需要通过更加准确的测量方法来确定其辐射特性，传统的天线测试方法主要有相对法和绝对法。相对法的测试结果误差较大，且只能得到待测天线的增益，一旦参考天线出现异常，则会直接影响待测天线的测试结果。绝对法可以同时获得参考天线和待测天线的增益结果，绝对法包括两天线法、三天线法和镜像法等，通常应用较为广泛。基于外推法的天线测量系统可以建立有效溯源链，通过系统地评定测量结果不确定度，完成对天线测量系统的量值溯源技术研究。外推法天线校准不确定度指标远优于传统的计量方法，可助力基于超材料的天线设计及其相关技术创新发展。

4、基于此，本发明提出了一种超材料天线增益测量装置及方法。

技术实现思路

1、本说明书提供了一种超材料天线增益测量装置及方法，用以解决现有技术中测试结果误差较大，且只能得到待测天线的增益，一旦参考天线出现异常，则会直接影响待测天线的测试结果的问题。

2、本发明的第一方面，提出了一种超材料天线增益测量装置，包括导轨、发射装置、接收装置和测试装置；

3、所述导轨与地面固定，所述导轨上设置有能够沿其移动的发射装置和接收装置；

4、所述发射装置用于发射测试信号；所述发射装置包括发射支架、水平调节机构、角度调节机构和天线，所述天线包括参考天线或超材料天线；

5、所述发射支架沿所述导轨移动，所述发射支架与水平调节机构连接，所述水平调节机构与所述角度调节机构连接，所述角度调节机构与所述天线固定；

6、所述接收装置用于接收测试信号，所述接收装置与所述发射装置的结构相同，并相向设置；

7、所述测试装置包括仪器架，所述仪器架与所述导轨固定，所述仪器架用于放置测试仪器。

8、在一些优选的实施方式中，所述发射支架包括第二手轮、底座和升降机构；

9、所述底座沿所述导轨移动，所述底座上安装有升降机构，所述升降机构包括丝杠升降机，所述升降机构与所述第二手轮驱动连接。

10、在一些优选的实施方式中，所述水平调节机构包括台面、水平移动组件和第一手轮；

11、所述水平移动组件与所述升降机构的升降端固定，所述水平移动组件上安装有台面，所述水平移动组件包括丝杠螺母机构，所述水平移动组件由所述第一手轮驱动，所述第一手轮轴承在所述升降机构的升降端上。

12、在一些优选的实施方式中，所述角度调节机构包括固定导块、移动滑块、弧形凹槽、弧形导槽、调节螺母、支撑板、锁紧螺钉和定位螺钉；

13、所述台面与所述固定导块固定，所述固定导块上设置有能够沿其移动的移动滑块，所述移动滑块上开设有弧形凹槽，所述弧形凹槽内设置有沿其移动的所述调节螺母并与其抵接，所述调节螺母与支撑板螺纹连接，所述支撑板的两侧的底面与锁紧螺钉抵接，所述锁紧螺钉固定在所述移动滑块的两端；

14、所述支撑板的两端的中部与定位螺钉固定，所述定位螺钉配置在弧形导槽内并沿其移动，所述弧形导槽对称开设在所述固定导块的两侧。

15、在一些优选的实施方式中，所述角度调节机构与所述天线固定，其具体结构为：

16、所述支撑板与天线安装架固定，所述天线安装架与参考天线支架固定，所述参考天线支架与所述参考天线固定。

17、在一些优选的实施方式中，所述角度调节机构与所述天线固定，其具体结构为：

18、所述支撑板与天线安装架固定，所述天线安装架与超材料天线支架固定，所述超材料天线支架与超材料天线固定。

19、在一些优选的实施方式中，所述支撑板的两侧的底面与锁紧螺钉抵接，其具体结构为：

20、所述支撑板的两侧的底面包括弧形结构，通过所述弧形结构与所述锁紧螺钉相切，进而实现抵接锁紧。

21、在一些优选的实施方式中，所述测试架外部遮挡有吸波材料，所述吸波材料用于减小对电磁场的影响。

22、本发明的另一方面，提出了一种超材料天线增益测量方法，基于一种超材料天线增益测量装置，该方法包括如下步骤：

23、步骤s10，搭建一种超材料天线增益测量装置，检查待测天线外观，确保附件齐全，无变形，所述待测天线包括参考天线或超材料天线，

24、步骤s20，进行增益测试，所述增益测试由两个所述参考天线和一个所述超材料天线两两组合进行三次测试；所述增益测试包括外推法；

25、步骤s21，分别连接所述发射装置和所述接收装置中端口的电缆，测量直通值，所述直通值的测量方法包括使用网络分析仪测量；

26、步骤s22，对准所述发射装置和所述接收装置中的两个天线，使两个天线视轴共线极化匹配，然后在预设的不同间距下测量收发天线端口间的插入损耗；

27、步骤s30，计算每组天线的增益乘积，再通过三次测试得到的方程组结合所述直通值求解获得每个天线的增益；其中，计算每组天线的增益乘积的方式包括采用线性拟合或者曲线拟合的方式。

28、在一些优选的实施方式中，所述预设的不同间距d满足：dmin≤d≤dmax，其中dmax≥2d2/λ，dmin＝dmax/n，其中d为天线的最大口径，λ为波长，n为预设阈值，选取相邻测试点间距△d≤λmin/8，其中λmin为待测天线的最小波长。

29、本说明书实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：

30、1、本发明可以用于外推法或者远场法等增益测量方法，通用性强；具备多个调节维度，均通过手动调节，适合小型实验室的测试场景；

31、2、本发明的各装置均由非金属材料制作，降低了校准装置本身对测试结果的影响。

32、3、本发明设计了通用接口，便于后期集成新的测试工装。

33、4、本发相对于传统的近场和远场测试方法可以有效提高增益参数的测量精度。。

技术特征：

1.一种超材料天线增益测量装置，其特征在于，包括导轨(1)、发射装置、接收装置和测试装置；

2.根据权利要求1所述的一种超材料天线增益测量装置，其特征在于，所述发射支架(2)包括第二手轮(10)、底座(15)和升降机构(16)；

3.根据权利要求2所述的一种超材料天线增益测量装置，其特征在于，所述水平调节机构包括台面(5)、水平移动组件(6)和第一手轮(9)；

4.根据权利要求3所述的一种超材料天线增益测量装置，其特征在于，所述角度调节机构包括移动滑块(7)、固定导块(17)、弧形凹槽(18)、弧形导槽(19)、调节螺母(20)、支撑板(21)、锁紧螺钉(22)和定位螺钉(23)；

5.根据权利要求4所述的一种超材料天线增益测量装置，其特征在于，所述角度调节机构与所述天线固定，其具体结构为：

6.根据权利要求4所述的一种超材料天线增益测量装置，其特征在于，所述角度调节机构与所述天线固定，其具体结构为：

7.根据权利要求5或6所述的一种超材料天线增益测量装置，其特征在于，所述支撑板(21)的两侧的底面与锁紧螺钉(22)抵接，其具体结构为：

8.根据权利要求7所述的一种超材料天线增益测量装置，其特征在于，所述测试架(4)外部遮挡有吸波材料，所述吸波材料用于减小对电磁场的影响。

9.一种超材料天线增益测量方法，基于权利要求1-8任一项所述的一种超材料天线增益测量装置，其特征在于，该方法包括如下步骤：

10.根据权利要求9所述的一种超材料天线增益测量方法，其特征在于，所述预设的不同间距d满足：dmin≤d≤dmax，其中dmax≥2d2/λ，dmin＝dmax/n，其中d为天线的最大口径，λ为波长，n为预设阈值，选取相邻测试点间距△d≤λmin/8，其中λmin为待测天线的最小波长。

技术总结
本发明涉及天线增益测量领域，尤其涉及一种超材料天线增益测量装置及方法，用以解决现有技术中测试结果误差较大，影响待测天线的测试结果的问题。本发明包括导轨，其与地面固定；发射装置，其用于发射测试信号；发射装置包括发射支架、水平调节机构、角度调节机构和天线，天线包括参考天线或超材料天线；发射支架沿导轨移动，发射支架与水平调节机构连接，水平调节机构与角度调节机构连接，角度调节机构与天线固定；接收装置，其用于接收测试信号，接收装置与发射装置的结构相同，并相向设置；测试装置，其包括仪器架，仪器架与导轨固定，仪器架用于放置测试仪器。本发明相对于传统的近场和远场测试方法可以有效提高增益参数的测量精度。

技术研发人员：黄承祖,彭博,崔腾林,赵鹏
受保护的技术使用者：北京无线电计量测试研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/6/5