一种基于天线激励的吸波材料行波抑制性能测试装置的制作方法

本发明属于电磁测试技术领域，特别是微波、毫米波材料行波抑制测试技术领域。

背景技术：

随着现代无线电技术和雷达探测系统的迅猛发展，极大地增强了战争中搜索和跟踪目标的能力，传统的飞行器所受到的威胁越来越严重。对战机而言，隐身能力的高低已成为提高生存能力，获取不对称作战优势的必不可少的重要手段。当电磁波掠入射到导体表面时，由于存在切向电场分量会在导体表面激励起表面电流形成表面行波，当表面电流遇到不连续处时，会向各个方向产生辐射，其中一部分成为后向散射场，这对雷达散射截面(RCS)具有不可忽视的贡献。作为雷达吸波材料应用基础的一部分，准确测量材料对于表面行波的抑制性能，特别是研究导体表面涂覆吸波材料对表面行波的影响，是雷达吸波材料的研制、减小飞行器雷达散射截面的研究的必要手段，具有越来越重要的现实意义。

目前常用的测试方法存在测试材料表面行波激励困难效率低、测试系统复杂、测试成本高、测试效率低等问题。

技术实现要素：

本发明针对雷达吸波材料的行波抑制性能测试需求，基于天线激励的方式实现表面行波的高效激励和准确测试，本发明能实现测试频率范围内的连续扫频测试，准确测量吸波材料在不同频率下的行波抑制性能。本发明提供了一种基于天线激励方式的高效表面行波激励方法，并设计组建用于吸波材料行波抑制性能测试的系统，以实现吸波材料行波抑制性能的宽频段、低成本、高效测试。

本发明的技术方案如下：

一种基于天线激励的吸波材料行波抑制性能测试装置，包括行波产生平台装置、超宽带喇叭天线、电流测试探头、信号能量传输系统、矢量网络分析仪和吸波材料；行波产生平台装置采用固定平台结构，包括支撑平台、矩形金属平板、玻璃钢平板和吸波材料；矩形金属矩形板平放固定在支撑平台上，其上加有玻璃钢平板，并在矩形金属平板四周覆盖上吸波材料；所述矢量网络分析仪经过微波电缆、功率放大器和超宽带喇叭天线的馈电结构连接；电流测试探头经过功率放大器和微波电缆与矢量网络分析仪相连。

所述超宽带喇叭天线为双脊喇叭结构，包括波导过渡段、喇叭段、脊结构和馈电结构；超宽带喇叭天线固定在天线固定旋转装置上，天线固定旋转装置能在0°～90°的范围内调整天线的入射角度。

所述电流测试探头由同轴线和相应的SMA接头组成；信号能量传输系统是由微波电缆，功率放大器组成。

本发明的良好效果：

一、在测试环境四周放置了吸波材料，以及在金属板12边缘加置的吸波材料14，尽可能的减小了空间中来回反射的杂波以及金属板12边缘反射回来的表面波对测试结果的影响。

二、在在金属平板12前端覆盖玻璃钢13，形成了表面波导波结构，耦合了更多的电磁能量作为表面波传输，提高了信噪比，使测试结果可信度更高。

三、使用天线固定旋转装置25能精确的调整超宽带喇叭天线2的入射角度。

四、对于空载的情况使用响应校准，便可以以空载的情况作为基准，然后对非空载的情况进行测试，得到材料对行波的抑制效果。

附图说明

图1是本系统的结构示意图。

其中，1是行波产生平台装置、2是超宽带喇叭天线、3是电流测试探头、4是信号能量传输系统、5是矢量网络分析仪、6是吸波材料。11是支撑平台、12是矩形金属板、13是玻璃钢平板、14是吸波材料，25是天线固定旋转装置，41和42是微波电缆，43和44是功率放大器。

图2是超宽带喇叭天线剖面示意图。

其中，21是波导过渡段、22是喇叭段、23是脊结构、24是馈电结构。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

见图1、图2，该微波测试系统的具体工作过程是：先调整天线固定旋转装置25使超宽带喇叭天线2发射出的电磁波能以一定的角度掠入射到矩形金属板12上。矢量网络分析仪5通过电缆42、功率放大器43与超宽带喇叭天线的馈电结构24的输入端连接。能量通过馈电结构24导入喇叭天线2内。由天线发射的电磁波掠入射到前端有玻璃钢平板覆盖13的金属平板12上，并在该平面上形成表面行波，表面行波沿着金属平板12表面传播被电流测试探头3接收到，通过功率放大器44和电缆41输入矢量网络分析仪5，然后针对空载的测试结果进行响应校准。再把被测样品固定在金属板11上，并紧贴着玻璃钢平板13末端，通过矢量网络分析仪5测试该情况下的传输响应。采用比较法获得被测材料的行波抑 制结果。

本发明在金属平板12前端部分覆盖上了玻璃钢平板13，这样在电磁波入射到该平面上时，得到一种更匹配的方式，有更多的电磁能量被束缚在了该平面上，类似于形成了一个表面波波导的结构，这样的设计使得更多电磁能量传播到了电流测试探头3处，在外界的电磁干扰不变，那么这么做就有效提高了测试方法的信噪比，使得测试结果的可信度更高了。同时由于玻璃钢平板13的存在，测试样品就不用完整覆盖住整块金属平板12，大大的减小了测试样品的尺寸，降低了样品制作的难度。

本发明在金属板12的四周覆盖了吸波材料14，尽量减小了表面波在金属板12边缘形成的来回反射，造成波的叠加，减小对测试结果造成的影响。这样便可以近似的认为在金属板12上传播的只有单向的表面波，去除了边缘反射对测试结果的干扰，是测试结果更准确。

本发明使用电流测试探头3作为接收装置，由于电流测试探头3体积小，能够尽量靠近金属板12表面，耦合环和耦合探针3所含金属量也较少，这样对金属板表面上的场干扰较小，能够较准确的测量到行波的耦合量，得到较可靠的测试结果。

将超宽带喇叭天线2固定在天线固定旋转装置25上，矩形金属板12固定于支撑平台11上，将电流测试探头3固定于金属板靠近末端处。矢量网络分析仪5的一端口通过电缆42、功率放大器43与喇叭天线2的馈电结构相连，其二端口通过电缆41和功率放大器44与电流测试探头3相连。

本发明系统进行吸波材料行波抑制测试的方法，步骤是：

步骤1：打开矢量网络分析仪5，至少预热30min，进入正常扫频工作；

步骤2：旋转天线固定旋转装置25，使喇叭天线2和金属平板12形成一定角度，能使喇叭天线2产生的电磁波能以某个固定角度掠入射到金属表面。

步骤3：玻璃钢平板13固定放置在金属平板12前端，利用矢量网络分析仪测出空载情况下的传输系数S_21A，进行响应校准，S_21A曲线大致为一条直线。

步骤4：以空载的测试结果为基准S_21A，把测试样品固定待测位置上进行测试，得到此状态下的传输系数S_21B。

步骤5：将步骤4测得到的结果与步骤3结果做矢量相减。

步骤6：将步骤5得到的差值与样品长度做换算，得出单位距离，其振幅的衰减量，即衰减系数。

其计算过程如下：

$SC=\frac{S_{21A}-S_{21B}}{d}$

式中，SC为被测材料抑制系数，S_21A和S_21B分别是空载和放置样品后测得的传输系数，d为样品长度。