基于透镜的材料微波低频段传输特性测试系统及方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于透镜的材料微波低频段传输特性测试系统,包括发射天线和微波接收探头、介质凸透镜、介质凹透镜、待测材料支架和吸波墙;发射天线、介质凸透镜、介质凹透镜、待测材料支架、微波接收探头中心、吸波墙依次位于一条直线上;所述发射天线相位中心与介质凸透镜距离大于凸透镜焦距。本发明只需使用较小尺寸的待测材料样片,并且通过介质凸透镜、介质凹透镜将低频段微波大尺寸天线辐射的大范围球面波聚焦为小范围平面波,并利用上述小范围平面波对材料微波低频段的传输特性进行测试,极大减小了待测材料边缘散射对测试结果的干扰,测试结果准确性高,成本低。
【专利说明】基于透镜的材料微波低频段传输特性测试系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及材料传输特性测试,尤其涉及一种基于透镜的材料微波低频段传输特 性测试系统及方法。
【背景技术】
[0002] 在进行传输特性测试过程中,收发天线形成测试所需近视平面波需要保证收发天 线相互处于远场范围。由于低频段电磁波波长较长,在对低频段传输特性进行测试过程中, 不能使得收发天线距离待测材料过近。再加上对于微波低频段,常规的接收天线和发射天 线的均属电小天线,由于其增益较小,现有技术方案是通过增大待测材料尺寸,进而减小待 测材料边缘散射电磁场对测试结果的干扰。基于上述分析,在进行微波低频段传输特性测 试时,需要制作尺寸非常大的复合结构材料样片,导致其制作成本极高。而采用传统的传 输特性测试方法因其自身的限制,并不适合于平面复合结构材料低频段(300MHz?1GHz频 段)内传输特性的测试。
【发明内容】
[0003] 本发明要解决的技术问题在于提供一种基于透镜的材料微波低频段传输特性测 试系统及方法,用于现有技术中要制作尺寸非常大的复合结构材料样片及成本高昂的缺 陷。
[0004] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是: 一种基于透镜的材料微波低频段传输特性测试系统,包括发射天线和微波接收探头, 其特征在于,还包括介质凸透镜、介质凹透镜、待测材料支架和吸波墙,发射天线、介质凸透 镜、介质凹透镜、待测材料支架、微波接收探头中心、吸波墙依次位于一条直线上;所述发射 天线相位中心与介质凸透镜距离大于凸透镜焦距。
[0005] 按上述方案,所述介质透镜的相对介电常数为2?6。介质透镜的相对介电常数为 2?6,可以减小介质透镜引起的反射。
[0006] 按上述方案,所述待测材料支架的材料的介电常数小于3。
[0007] 按上述方案,所述待测材料支架由测试材料固定框和支撑结构组成。
[0008] 按上述方案,所述固定框周围粘贴吸波材料。
[0009] 按上述方案,所述固定框尺寸为介质凹透镜尺寸的1至1. 5倍。
[0010] 按上述方案,所述发射天线尺寸小于凸透镜尺寸。
[0011] 该材料微波低频段传输特性测试系统的工作原理如下: 发射天线的相位中心位于介质凸透镜的焦点外,其发射球面波经过介质凸透镜后在介 质凸透镜另一侧聚焦,该聚焦电磁波经过凹透镜后在凹透镜后一个小区域内产生近似平面 波,而在该小范围外的电磁场几乎为零,避免了发射电磁波经过待测材料边缘散射对测试 结果产生影响,上述近似平面波穿过待测材料后,利用接收探头测量透射平面波场强。
[0012] 基于上述系统,本发明还提供一种基于透镜的材料微波低频段传输特性测试方 法,该方法包括以下步骤: (1) 确定发射天线的辐射电磁波经过介质凸透镜后的聚焦点; (2) 调整介质凹透镜位置,使其右焦点刚好位于所确定的聚焦点; (3) 将待测材料放置在固定框内,调整支架支撑结构的高度和位置,使得待测材料中心 刚好位于透镜的中心线上; (4) 将微波接收探头放置在待测试材料的远场距离上,使得接收探头处电磁场为近视 平面波。
[0013] 按上述方案,所述介质透镜的相对介电常数为2?6,所述待测材料支架的材料的 介电常数小于3。
[0014] 按上述方案,所述发射天线尺寸小于凸透镜尺寸。
[0015] 本发明产生的有益效果是: 1、 本发明只需使用较小尺寸的待测材料样片,并且通过介质凸透镜、介质凹透镜将低 频段微波大尺寸天线辐射的大范围球面波聚焦为小范围平面波,并利用上述小范围平面波 对材料微波低频段的传输特性进行测试,极大减小了待测材料边缘散射对测试结果的干 扰,测试结果准确性高,成本低; 2、 本发明可以选用大尺寸发射天线提高低频段微波天线的辐射效率,使用小尺寸接收 探头并在其后放置吸波墙,可以有效减小收发天线之间电磁波的往返谐振对测试结果的影 响,提高测试结果准确性; 3、 本发明的系统及方法适用于300MHz?3GHz微波低频段复合平面材料的传输特性测 试。
【专利附图】
【附图说明】
[0016] 下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明,附图中: 图1是本发明实施例的的材料微波低频段传输特性测试系统的结构示意图; 图中:1_发射天线,2-介质凸透镜,3-介质凹透镜,4-待测材料支架,41-待测材料固 定框,42-支撑结构,43-固定框周围的吸波材料,5-测试探头,6-吸波墙。
【具体实施方式】
[0017] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对 本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不 用于限定本发明。
[0018] 如图1所示,一种基于透镜的材料微波低频段传输特性测试系统,包括发射天线1 和微波接收探头5,还包括介质凸透镜2、介质凹透镜3、待测材料支架和吸波墙6 ;发射天线 1、介质凸透镜2、介质凹透镜3、待测材料支架4、微波接收探头中心、吸波墙6依次位于一条 直线上;发射天线相位中心与介质凸透镜距离大于凸透镜焦距。图中用虚线表示测试电磁 波波前变化。
[0019] 该系统的使用方法如下:利用相对介电常数2?6的介质材料加工介质凸透镜和 凹透镜,其中凸透镜的尺寸为2米,使其能够遮挡发射天线,这样发射天线的辐射电磁波不 能直接照射到待测材料及其支架。介质凹透镜尺寸为〇. 8米,利用低介电常数泡沫将上述 透镜固定于地面一定高度处,通过调整使得发射天线中心,介质透镜中心位于一条直线上。 利用普通介质材料制作待测材料支架4,含待测材料固定框41和支撑支架42,其中待测材 料支架的材料的介电常数小于3。在固定框周围粘贴吸波材料43,结构吸波材料或吸波尖 劈均可,固定框尺寸为介质凹透镜尺寸的1至1. 5倍。将上述发射天线、介质凸透镜、介质凹 透镜、待测材料支架、接收探头、吸波墙放置在一条直线上,调整发射天线,介质透镜位置, 使得在凹透镜后待测材料支架处生成小范围平面波场,将微波接收探头设置在待测试材料 的远场距离上,此时可以将待测材料放置在支架固定框内对其传输特性进行测试,获得测 试结果。
[0020] 应当理解的是,对本领域普通技术人员来说,可以根据上述说明加以改进或变换, 而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
【权利要求】
1. 一种基于透镜的材料微波低频段传输特性测试系统,包括发射天线和微波接收探 头,其特征在于,还包括介质凸透镜、介质凹透镜、待测材料支架和吸波墙;发射天线、介质 凸透镜、介质凹透镜、待测材料支架、微波接收探头中心、吸波墙依次位于一条直线上;所述 发射天线相位中心与介质凸透镜距离大于凸透镜焦距。
2. 根据权利要求1所述的材料微波低频段传输特性测试系统,其特征在于,所述介质 透镜的相对介电常数为2?6,所述待测材料支架的材料的介电常数小于3。
3. 根据权利要求1所述的材料微波低频段传输特性测试系统,其特征在于,所述待测 材料支架由测试材料固定框和支撑结构组成。
4. 根据权利要求3所述的材料微波低频段传输特性测试系统,其特征在于,所述固定 框周围粘贴吸波材料。
5. 根据权利要求3或4所述的材料微波低频段传输特性测试系统,其特征在于,所述固 定框尺寸为介质凹透镜尺寸的1至1. 5倍。
6. 根据权利要求1所述的材料微波低频段传输特性测试系统,其特征在于,所述发射 天线尺寸小于凸透镜尺寸。
7. -种根据权利要求5所述的材料微波低频段传输特性测试系统的材料微波低频段 传输特性测试方法,其特征在于,包括以下步骤: (1) 确定发射天线的辐射电磁波经过介质凸透镜后的聚焦点; (2) 调整介质凹透镜位置,使其右焦点刚好位于所确定的聚焦点; (3) 将待测材料放置在固定框内,调整支架支撑结构的高度和位置,使得待测材料中心 刚好位于透镜的中心线上; (4) 将微波接收探头设置在待测试材料的远场距离上,使得接收探头处电磁场为近视 平面波。
8. 根据权利要求7所述的材料微波低频段传输特性测试方法,其特征在于,所述介质 透镜的相对介电常数为2?6,所述待测材料支架的材料的介电常数小于3。
9. 根据权利要求7所述的材料微波低频段传输特性测试方法,其特征在于,所述发射 天线尺寸小于凸透镜尺寸。
【文档编号】G01N22/00GK104215647SQ201310214135
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2013年5月31日 优先权日:2013年5月31日
【发明者】邓峰, 吴晓光, 奚秀娟, 王冬冬, 张崎侯, 冬云 申请人:中国舰船研究设计中心