[发明专利]一种频选材料插入相位延迟测试系统及其测试方法

说明书

技术领域

本发明属于电磁材料研究领域，以频选材料雷达天线罩的应用趋势为背景，具体涉及一种频选材料插入相位延迟测试系统及其测试方法。

背景技术

频率选择表面(Frequencyselectivesurface，简称FSS)复合材料是由无源谐振单元(金属贴片或孔径)按一定的排列方式组成的单层或多层周期性阵列结构，简称频选材料。其频率选择性源于其周期性结构与电磁波的相互作用，当入射波的频率接近贴片或孔径的谐振频率点时，FSS表现出对入射波全反射或全透射特性。正是这种对入射波全反射和全透射的特性，使得频率选择表面在微波和光学领域得了广泛的应用。频选材料主要应用于电磁隐身领域，利用带通频率选择特性来制备雷达罩或各型结构罩，在雷达工作频段内它具有良好的透波性能，不影响天线正常工作。而在工作频段以外，频选雷达罩相当于一个全反射金属罩，利用特殊的低雷达散射截面结构形式，将敌方雷达波散射到各个方向去。

对于频选材料的研究常常局限于介质厚度、加载方式、介电常数等因素对谐振频率传输带宽、传输损耗等基本电性能的影响。而插入相位延迟(Insertionphasedelay，IPD)对于频选材料而言，是与透波率同等重要的技术指标，与瞄准误差密切相关。频选材料插入相位延迟(IPD)是隐身雷达天线罩相对于真空电波传播的相位延迟的差值，理论上可以利用矢量网络分析仪的传输特性测量功能进行测量。检索国内外文献，关于频选材料的插入相位延迟测试方法和数据处理方法尚属空白。

受限于频选材料天线罩的制造工艺和周期，在加工过程中要对IPD进行长时间的在线比对测量，对测量稳定度和相位分辨率具有极高的要求，越高的测量稳定度和相位分辨率意味着越高的加工制造精度。

发明内容

本发明要解决的问题是，针对现有技术存在的上述不足，提供一种频选材料插入相位延迟测试系统及其测试方法，通过相位曲线余弦拟合方法实现高精度插入相位延迟测量。

本发明解决上述问题采用的技术方案是：

一种频选材料插入相位延迟测试系统，包括矢量网络分析仪、30dB衰减器、功分器、接收机、两副喇叭天线以及数据处理模块，所述矢量网络分析仪的一个输出端口与发射喇叭天线连接，另一个输出端口经30dB衰减器与功分器的一个输入端连接，功分器的另一个输入端与接收喇叭天线连接，功分器的输出端与接收机连接，两路信号经功分器合成后输出至接收机；所述数据处理模块用于将接收机采集的功率测试数据形成余弦曲线，并将插入频选材料前后的余弦曲线进行比较，得到频选材料在测试频点的插入相位延迟。

按上述方案，所述矢量网络分析仪采用Agilent公司的PNA-x矢量网络分析仪。

本发明还提供了一种基于上述频选材料插入相位延迟测试系统的测试方法，包括如下步骤：

(1)确保试验过程中测试系统的两副喇叭天线的位置固定不变；

(2)调整矢量网络分析仪的两端口输出信号幅度相同，信号为设定的相位差，并使用示波器监测矢量网络分析仪输出的相干信号(保证幅度和相位差的精度)；

(3)在频选材料未插入喇叭天线前，设置矢量网络分析仪的两路输出信号相位差，从0°开始等间隔移相，通过接收机采集功率测试数据，采样点达到一定密度，并达到一个移相周期后停止采集，记录插入频选材料前的测试数据；

(4)将频选材料按工况确定的姿态安装并插入测试系统的两副喇叭天线之间，重复步骤(3)中设置矢量网络分析仪的两路输出信号相位差，从0°开始等间隔移相，通过接收机采集功率测试数据，记录插入频选材料后的功率测试数据；

(5)将步骤(3)和(4)中记录的插入频选材料前后的单位为dBmW的功率测试数据转换为单位为mW的线性功率值，再导入数据处理模块中；

(6)对步骤(5)中的线性功率值进行基于最小二乘法的余弦拟合，形成较为标准的余弦曲线，将插入频选材料前后的余弦曲线比较，得到频选材料在测试频点的插入相位延迟，线性功率值在数据处理模块的界面上直接显示。

按上述方案，所述步骤(3)中移相周期的取值范围为0～360°，间隔小于等于5°(取样间隔越小，测试结果越精准)。

本发明具有以下有益效果：基于以幅度测量代替直接相位测量的原理模型，提出插入相位延迟测量的优化方案，并进行测试支路的相干性设计，同时结合数据处理技术，提出了相位曲线的余弦拟合方法以实现高精度和高稳定度的相位测量，为频选材料雷达天线罩电性能的分析与评估提供手段。

附图说明