本申請涉及電磁場技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種對吸波材料進行測量的裝置和方法。

背景技術(shù)：

近年來隨著電磁兼容測量技術(shù)及天線測量技術(shù)的快速發(fā)展，對電磁兼容暗室及天線測量暗室的需求日益增多。為了減小電磁兼容測量及天線測量過程存在的多路徑反射，電磁兼容暗室及天線暗室的內(nèi)壁和天花板上或者所有的壁面上均貼有射頻吸波材料。射頻吸波材料能夠吸收、衰減投射到它表面的射頻電磁波，并將其電磁能轉(zhuǎn)換成熱能耗散掉或使電磁波因干涉而消失。由于射頻吸波材料性能直接影響電磁兼容暗室及天線暗室性能，因此為了保證暗室場地性能和測量環(huán)境滿足實際使用要求，在暗室建造過程中需要對所用的射頻吸波材料的性能進行測試和評估。射頻吸波材料對電磁波的吸收、衰減性能通過射頻吸波材料反射率來表征，因此在射頻吸波材料出廠前，吸波材料廠家會對其反射率進行測量。現(xiàn)有的射頻吸波材料反射率測量方法中，數(shù)據(jù)處理過程需要將頻域曲線變換為時域曲線，利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的時域門功能將收發(fā)天線之間直接耦合信號及其它環(huán)境反射信號濾除掉之后，再由時域曲線變換為頻域曲線。在該數(shù)據(jù)處理過程中，需要在頻域掃描過程中采集足夠多的頻點以得到精確的時域信息，同時在兩次時頻變換過程中還會存在變換的截斷誤差，會對射頻吸波材料反射率的測量結(jié)果產(chǎn)生影響。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出一種吸波材料反射測量裝置和方法，減小數(shù)據(jù)時頻域變換造成的測試誤差。

本申請實施例提供一種吸波材料反射測量裝置，包括發(fā)射天線、接收天線、拱形架、時域脈沖發(fā)生器、時域脈沖接收機、良導(dǎo)體板；所述拱形架的拱形圍繞所述良導(dǎo)體板的中心、拱形所在平面和所述良導(dǎo)體板平面垂直；所述接收天線和所述發(fā)射天線對稱地放置于拱形架上，所述發(fā)射天線和接收天線在所述拱形架上的位置可調(diào)；所述發(fā)射天線口面法線方向可調(diào)；所述接收天線口面法線方向可調(diào)；所述時域脈沖發(fā)生器輸出端與所述發(fā)射天線相連，用于產(chǎn)生時域脈沖、激勵所述發(fā)射天線；所述時域脈沖接收機輸入端與所述接收天線相連，用于接收時域信號；所述發(fā)射天線，用于向所述良導(dǎo)體板發(fā)出電磁波；所述接收天線，用于接收所述良導(dǎo)體板反射的電磁波；所述良導(dǎo)體板，用于反射電磁波；所述良導(dǎo)體板面向所述發(fā)射天線和接收天線的一面，還用于鋪設(shè)吸波材料，制成吸波材料板。

優(yōu)選地，所述良導(dǎo)體板、或吸波材料板，能夠沿其自身法線方向前后平移。

本申請實施例還提供一種吸波材料反射測量方法，用于本申請任意一項裝置，包含以下步驟：

將發(fā)射天線和接收天線對稱地放置于拱形架上，使接收天線口面法線和被測的吸波材料板的法線之間形成第一夾角，發(fā)射天線口面法線和被測的吸波材料板的法線之間形成第二夾角，第一夾角和第二夾角相等；

用時域脈沖發(fā)生器產(chǎn)生時域脈沖信號，激勵發(fā)射天線向被測吸波材料板發(fā)出電磁波，反射電磁波經(jīng)由接收天線進入時域脈沖接收機，得到接收信號波形；

使用時間窗，從所述接收信號波形中選出被測吸波材料時域反射信號；

將所述吸波材料時域反射信號進行時頻域處理，得到吸波材料頻域反射波形。

進一步地，本申請的方法還包含以下步驟：

用良導(dǎo)體板代替所述吸波材料板；

用時域脈沖發(fā)生器產(chǎn)生時域脈沖信號，激勵發(fā)射天線向被測良導(dǎo)體板發(fā)出電磁波，反射電磁波經(jīng)由接收天線進入時域脈沖接收機，得到接收信號波形；

使用時間窗，從所述接收信號波形中選出被測良導(dǎo)體板時域反射信號；

將所述良導(dǎo)體板時域反射信號進行時頻域處理，得到良導(dǎo)體板頻域反射波形。

進一步地，本申請的方法還包含以下步驟：用所述吸波材料頻域反射波形和所述良導(dǎo)體板頻域反射波形，計算被測吸波材料反射率。

優(yōu)選地，本發(fā)明的方法中，改變所述發(fā)射天線和接收天線在所述拱形架上的位置，改變所述第一夾角和第二夾角，重復(fù)所述步驟。

優(yōu)選地，本發(fā)明的方法中，所述時域脈沖信號的上升時間小于19.4ps。

優(yōu)選地，本發(fā)明的方法中，所述發(fā)射電線和所述接收天線為線極化天線；分別在水平極化和垂直極化兩種情形下，重復(fù)所述步驟。

優(yōu)選地，本發(fā)明的方法中，沿所述吸波材料板或所述良導(dǎo)體板法線方向前后移動所述吸波材料板或所述良導(dǎo)體板，重復(fù)所述步驟。

優(yōu)選地，所述時頻域處理的方法，是使用kaiser窗對時間窗進行加權(quán)，再進行快速傅里葉變換得出所述吸波材料頻域波形或良導(dǎo)體板頻域波形。

本申請實施例采用的上述至少一個技術(shù)方案能夠達到以下有益效果：本發(fā)明提出的吸波材料反射測量裝置和測量方法可解決矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測試方法的不足，該方法在不需要矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的同時，根據(jù)射頻吸波材料反射率定義，利用時域脈沖發(fā)生器與脈沖接收設(shè)備組合，通過時域脈沖信號的發(fā)射與接收過程，由脈沖接收設(shè)備收到不同到達時間的時域信號來獲得射頻吸波材料反射信號，從而避免了上述方法中的頻域曲線到時域曲線的變換過程，可有效降低時頻變換過程中的截斷誤差，提高射頻吸波材料反射率的測量結(jié)果準確度。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本申請的進一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，本申請的示意性實施例及其說明用于解釋本申請，并不構(gòu)成對本申請的不當(dāng)限定。在附圖中：

圖1為傳統(tǒng)的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測量裝置示意圖；

圖2為傳統(tǒng)的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測量接收曲線示意圖；

圖2a為曲線1(頻域)；

圖2b為曲線2(曲線1變換到時域)；

圖2c為曲線3(曲線2經(jīng)過時域門處理)；

圖2d為曲線4(曲線3變換到頻域)；

圖3為本發(fā)明的吸波材料反射測量裝置示意圖；

圖4為本發(fā)明的吸波材料反射測量方法步驟流程圖；

圖5為本方測量方法時域接收信號波形示意圖；

圖5a為實際接收信號波形和時間窗選擇示意圖；

圖5b為將時間窗選擇時域信號變換到頻域波形。

具體實施方式

為使本申請的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本申請具體實施例及相應(yīng)的附圖對本申請技術(shù)方案進行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實施例僅是本申請一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒旧暾堉械膶嵤├?，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本申請保護的范圍。

射頻吸波材料反射率表征為不同吸波材料對不同頻率電磁波的反射損耗，其定義為在給定波長和極化的條件下，電磁波從同一方向，分別以同一功率密度入射到被測射頻吸波材料和同尺寸良導(dǎo)體金屬平板上，兩者鏡面方向反射功率的比值。根據(jù)射頻吸波材料反射率的定義，在進行材料反射率測量時，需要進行兩次測量，一次是測量電磁波由被測射頻吸波材料反射的信號，另一次是電磁波由同尺寸良導(dǎo)體金屬平板反射的信號，有：

Γ＝20log(E₁/E₀) 公式1

變換為dB表示如下：

Γ(dB)＝E₁(dB)-E₀(dB) 公式2

其中：?！粶y射頻吸波材料反射率；E₁—被測射頻吸波材料反射的信號；E₀—良導(dǎo)體金屬平板反射的信號。

以下結(jié)合附圖，詳細說明本申請各實施例提供的技術(shù)方案。

圖1為傳統(tǒng)的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測量裝置示意圖。裝置包括拱形架裝置、發(fā)射天線、接收天線、矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀及控制計算機等。矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的輸出端與發(fā)射天線相連接，激勵的信號經(jīng)被測射頻吸波材料或良導(dǎo)體金屬板反射后再由接收天線所接收，并送入與之相連的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的輸入端；發(fā)射天線與接收天線可以在拱形架上獨立地移動且均指向圓心；被測射頻吸波材料的反射信號與良導(dǎo)體金屬板的反射信號之比即為被測射頻吸波材料的反射率。

圖2為傳統(tǒng)的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測量方法接收曲線示意圖。接收天線接收到的信號除了包含吸波材料及金屬板的反射信號外，還包括發(fā)射、接收天線之間的直接耦合信號、拱形架及周圍環(huán)境的反射信號等。需要將矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀輸入端接收到的頻域曲線變換到時域，根據(jù)接收的時域信號不同的到達時間，采用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的時域門功能將被測吸波材料反射信號分離出來，再將經(jīng)過時域門處理后的時域信號變換到頻域。其典型應(yīng)用數(shù)據(jù)處理過程圖形如圖2a～d所示。圖2a為曲線1(頻域)；圖2b為曲線2(曲線1變換到時域)；圖2c為曲線3(曲線2經(jīng)過時域門處理)；圖2d為曲線4(曲線3變換到頻域)。

圖3為本發(fā)明的吸波材料反射測量裝置示意圖。本申請實施例提供一種吸波材料反射測量裝置，包括發(fā)射天線1、接收天線2、拱形架3、時域脈沖發(fā)生器4、時域脈沖接收機5、良導(dǎo)體板6；所述拱形架的拱形圍繞所述良導(dǎo)體板的中心、拱形所在平面和所述良導(dǎo)體板平面垂直；所述接收天線和所述發(fā)射天線對稱地放置于拱形架上，所述發(fā)射天線和接收天線在所述拱形架上的位置可調(diào)；所述發(fā)射天線口面法線方向可調(diào)；所述接收天線口面法線方向可調(diào)；所述時域脈沖發(fā)生器輸出端與所述發(fā)射天線相連，用于產(chǎn)生時域脈沖、激勵所述發(fā)射天線；所述時域脈沖接收機輸入端與所述接收天線相連，用于接收時域信號；所述發(fā)射天線，用于向所述良導(dǎo)體板發(fā)出電磁波；所述接收天線，用于接收所述良導(dǎo)體板反射的電磁波；所述良導(dǎo)體板，用于反射電磁波；所述良導(dǎo)體板面向所述發(fā)射天線和接收天線的一面，還用于鋪設(shè)吸波材料7，制成吸波材料板。

優(yōu)選地，所述良導(dǎo)體板、或吸波材料板，能夠沿其自身法線方向前后平移。

所述裝置工作時，首先由接收、發(fā)射天線對準被測射頻吸波材料表面，由時域脈沖發(fā)生器產(chǎn)生一個時域脈沖信號，經(jīng)過發(fā)射天線向空間輻射電磁波，經(jīng)由被測射頻吸波材料或良導(dǎo)體金屬板反射后，由接收天線接收進入時域脈沖接收機。最佳地，使用計算機8控制所述時域脈沖信號的收發(fā)，得到被測射頻吸波材料或良導(dǎo)體金屬板的反射信號，進而獲得被測吸波材料反射率。

圖4為本發(fā)明的吸波材料反射測量方法步驟流程圖。本申請實施例還提供一種吸波材料反射測量方法，用于本申請任意一項裝置，包含以下步驟：

步驟10、將發(fā)射天線和接收天線對稱地放置于拱形架上，使接收天線口面法線和被測的吸波材料板的法線之間形成第一夾角A1，發(fā)射天線口面法線和被測的吸波材料板的法線之間形成第二夾角A2，第一夾角和第二夾角相等；

步驟20、用時域脈沖發(fā)生器產(chǎn)生時域脈沖信號，激勵發(fā)射天線向被測吸波材料板發(fā)出電磁波，反射電磁波經(jīng)由接收天線進入時域脈沖接收機，得到接收信號波形；

步驟30、使用時間窗，從所述接收信號波形中選出被測吸波材料時域反射信號；由于多徑時域信號各部分到達接收天線的時間不同，根據(jù)其時間的先后順序使用時間窗進行信號分離，從而獲得被測設(shè)備吸波材料反射信號，具體見圖5的說明。

步驟40、將所述吸波材料時域反射信號進行時頻域處理，得到吸波材料頻域反射波形。

進一步地，本申請的方法還包含以下步驟：

步驟50、用良導(dǎo)體板代替所述吸波材料板；

步驟60、用時域脈沖發(fā)生器產(chǎn)生時域脈沖信號，激勵發(fā)射天線向被測良導(dǎo)體板發(fā)出電磁波，反射電磁波經(jīng)由接收天線進入時域脈沖接收機，得到接收信號波形；

步驟70、使用時間窗，從所述接收信號波形中選出被測良導(dǎo)體板時域反射信號；

步驟80、將所述良導(dǎo)體板時域反射信號進行時頻域處理，得到良導(dǎo)體板頻域反射波形。

進一步地，本申請的方法還可包含以下步驟：

步驟90、用所述吸波材料頻域反射波形和所述良導(dǎo)體板頻域反射波形，計算被測吸波材料反射率。

優(yōu)選地，本發(fā)明的方法中，改變所述發(fā)射天線和接收天線在所述拱形架上的位置，改變所述第一夾角A1和第二夾角A2，重復(fù)所述步驟10～步驟90。

優(yōu)選地，本發(fā)明的方法中，所述發(fā)射電線和所述接收天線為線極化天線；分別在水平極化和垂直極化兩種情形下，重復(fù)所述步驟10～步驟90。需要說明的是，由于射頻吸波材料反射率的表征通常分為垂直極化和水平極化兩種情形，因此本方案中進行射頻吸波材料反射率的時域測量時，需要采用線極化天線，分別在垂直極化和水平極化兩種情形下進行測量。

圖5為本發(fā)明的測量方法時域接收信號波形示意圖。在獲得被測射頻吸波材料或良導(dǎo)體金屬板反射信號的過程中，需要將所需吸波材料板時域反射信號或良導(dǎo)體板時域反射信號與收發(fā)天線直接耦合信號、拱形架及周圍環(huán)境反射信號分離開來。由于本發(fā)明使用的測量信號為時域脈沖信號，因此接收天線送入脈沖接收設(shè)備的信號為時域信號。由于各部分多徑時域信號到達接收天線的時間不同，可以根據(jù)其時間的先后順序進行信號分離，從而獲得被測設(shè)備吸波材料或良導(dǎo)體金屬板反射信號。根據(jù)上述測量過程得到被測射頻吸波材料的反射信號及良導(dǎo)體金屬板反射信號之后，由于反射率測量結(jié)果通常是以頻譜曲線的方式表示的，因此，時域反射信號需要變換到頻域，通過公式2計算得到被測射頻吸波材料反射率Γ，其數(shù)據(jù)處理流程圖如圖5所示，圖5a為實際接收信號波形和時間窗選擇示意圖；圖5b為將時間窗選擇時域信號變換到頻域波形。其中，依次為周圍環(huán)境反射信號r1、吸波材料時域反射信號r2、周圍環(huán)境多次反射信號r3，通過設(shè)定時間窗W，從接收的時域信號中提取出吸波材料時域反射信號。

優(yōu)選地，本發(fā)明的方法中，所述時域脈沖信號的上升時間小于19.4ps。需要說明的是，由于射頻吸波材料應(yīng)用于電磁兼容暗室，電磁兼容暗室吸波材料的使用頻率范圍為30MHz～18GHz，因此為了測量射頻吸波材料在18GHz頻率處的反射率，測量中所使用的時域脈沖信號在轉(zhuǎn)換到頻域時可以覆蓋到18GHz頻率。根據(jù)時域脈沖上升時間與所覆蓋頻率帶寬之間的關(guān)系式BW＝0.35/t_r可以得到，為了覆蓋18GHz頻率范圍，本方案中需要使用上升時間t_r小于19.4ps的時域脈沖信號。其中BW表示頻率帶寬，單位為GHz，t_r表示脈沖上升時間，單位為ns。

優(yōu)選地，本發(fā)明的方法中，沿所述吸波材料板或所述良導(dǎo)體板法線方向前后移動所述吸波材料板或所述良導(dǎo)體板，重復(fù)所述步驟10～步驟90。需要說明的是，如圖5所示，在時域脈沖接收設(shè)備接收到的信號中，包括收發(fā)天線直接耦合信號，被測射頻吸波材料或金屬板反射信號以及其它雜散反射信號。在時域門的選擇過程中，上下移動被測射頻吸波材料或金屬板會導(dǎo)致被測材料或金屬板與接收天線距離發(fā)生變化，從而在時域脈沖接收設(shè)備接收到的信號中，被測材料或金屬板反射信號部分會隨著距離的變化而到達時間變化，在如圖5所示的接收信號曲線中，表現(xiàn)為方框范圍內(nèi)的信號會在時間軸上左右移動，可根據(jù)左右移動的被測材料或金屬板反射信號來確定時域門的寬度，如圖5所示方框范圍以內(nèi)。

優(yōu)選地，所述時頻域處理的方法，是使用kaiser窗對時間窗進行加權(quán)，再進行快速傅里葉變換得出所述吸波材料頻域波形或良導(dǎo)體板頻域波形。需要說明的是，時頻域轉(zhuǎn)換過程中，需要選擇合適的時間窗函數(shù)來進行變換。在變換過程中，首先選擇矩形窗函數(shù)對時域信號波形進行截取；由于直接進行FFT變換相當(dāng)于整個時域信號加矩形窗后進行變換，而矩形窗函數(shù)的頻譜分量中副瓣能量較大，會對時域信號波形頻譜分量引入較大干擾，而kaiser窗具有最大旁瓣抑制，對時域信號波形頻譜分量引入的干擾最小，因此在整個時域信號內(nèi)加kaiser窗，具體方法是首先用矩形窗函數(shù)截取時域波形，然后用kaiser窗對時域數(shù)據(jù)加權(quán)乘積，再將時域信號波形進行FFT變換得到頻域信號。

因此，本方法根據(jù)射頻吸波材料反射率定義，利用時域脈沖發(fā)生器與脈沖接收設(shè)備組合，通過時域脈沖信號的發(fā)射與接收過程，由脈沖接收設(shè)備收到不同到達時間的時域信號來獲得射頻吸波材料反射信號，從而避免了頻域曲線到時域曲線的變換過程，可有效降低時頻變換過程中的截斷誤差，提高射頻吸波材料反射率的測量結(jié)果準確度。

還需要說明的是，術(shù)語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、商品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、商品或者設(shè)備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、商品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。

以上所述僅為本申請的實施例而已，并不用于限制本申請。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，本申請可以有各種更改和變化。凡在本申請的精神和原理之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本申請的權(quán)利要求范圍之內(nèi)。