[发明专利]适用于非平面天线罩的接触式电厚度反射测量探头及方法

说明书

本公开提供了一种适用于非平面天线罩的接触式电厚度反射测量探头及方法，属于电厚度测试技术领域，包括波导本体，波导本体的测试端面上设有两个由侧壁延伸成的相对波导本体轴线对称的突出部，每个凸出部包括用于与非平面天线罩接触的端点；本公开的特点是不追求接触角度的可重复性，而追求探头测试效果在一定范围内不依赖于接触角度，既方便测量，又能保证测量精度和可重复性。

技术领域

本公开涉及电厚度测试技术领域，特别涉及一种适用于非平面天线罩的接触式电厚度反射测量探头及方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术，并不必然构成现有技术。

电厚度是指电磁波辐射穿越非真空介质空间时，相对于同样几何尺寸的真空路径增加的波数，可等效为电磁波在介质中传播相对于真空增加的相位延迟，称为插入相位延迟(IPD)。IPD参数对于雷达天线罩的设计具有重要的意义，也是天线罩制造过程控制和成品检验的重要参数。IPD测量分为透射法和反射法，前者将测试收发天线分置在天线罩内外两侧，通过比对有无天线罩时的电磁波传输相位差测量；后者则是将收发天线都放在天线罩外侧，在天线罩内壁放置共形反射面，通过反射让电磁波两次穿过天线罩，比对反射信号的相位差可以以两倍的灵敏度获得IPD信息。

以测试天线是否接触天线罩区分，反射测试还可以分为接触式和非接触式两种。非接触式由于天线探头与天线罩的距离难以精确控制，在微波频段测量时难以保证精度；接触式一般采用收发双工天线探头，直接抵在天线罩上，不存在距离误差问题。

但是本公开发明人发现，对于大部分天线罩来说，其被测区域表面都不是平面，特别是外表面往往是凸面，而常用测试探头如微波波导口，抵在天线罩表面虽然可以保证没有纵向距离误差，却难以保证与天线罩表面法线夹角的重复性和稳定性，从而导致IPD测量的不确定性。

如图1所示，常用的矩形微波波导是内壁宽边为a、窄边为b的金属腔体管道，横截面如图中右上角的粗实线矩形，电磁波在波导腔体内沿L方向传输，场强和能量沿宽边分别按正弦和升余弦规律分布，如其中的虚线和实线所示，中间最大，靠近短边后衰减为零。电场矢量E方向平行短边，垂直于宽边。波导管的俯视图上部中间粗实线矩形所示，标记长度为L；侧视图如左上角粗实线矩形所示。

图中下方是非平面天线罩局部示意图，灰色是介质天线罩，黑色是天线罩内壁的共形反射面，如制造过程中的金属胎。IPD测量目标是是获得电磁信号垂直穿越天线罩造成的相位变化，该相位变化与天线罩厚度成比例，比例系数由天线罩材料决定。

理想测试条件下，电磁波从俯视图波导管上端口向下传输，到达下端口，然后垂直进入天线罩，到达内壁后反射，沿原路径返回波导上端口。在波导上端口利用矢量反射计可以测量获得电磁波整个传输路径的相位变化，扣除波导管内传输对应相位变化(可理论计算或事先校准获得)就可以得到电磁波穿越天线罩的相位变化，即IPD。该方法也可以用于比较不同天线罩的IPD。

但是由于波导口平面和非平面天线罩之间是非稳定接触，特别是凸表面点接触情况下，很难保证波导轴线与预期接触点表面法线的平行，微小的角度偏差就会导致测量数据的明显偏差，从而导致测量精度下降，不具备可重复性。比如波导口探头在曲率半径为R的天线罩凸表面上偏转角度θ，就会导致预期接触点O沿天线罩表面横向偏移距离l₁＝Rθ，挪移到O’，作为预期接触点的波导口面几何中心，则离开天线罩表面距离l₂＝R-Rcosθ+l₁sinθ＝R(1-cosθ+θsinθ)≈Rθ²。无论是l₁导致的有效接触点变化，还是l₂导致的电磁波传输路径变长，都导致了测量精度下降和可重复性恶化。