楊金濤，馬永光，尚柱岡

（北京無線電計量測試研究所，北京 100854）

引言

吸波材料通常由基體材料和具有吸收作用的介質(zhì)材料復(fù)合而成，能夠?qū)⑼渡涞剿砻娴碾姶挪芰课眨⑼ㄟ^材料的介質(zhì)損耗使電磁波能量轉(zhuǎn)化成為熱能或其他形式的能量。吸波材料在實際應(yīng)用過程中并不是單獨使用的，而是裝貼在屏蔽室或微波暗室的整面墻上或天花板上，用以控制電磁波的多路徑反射[1]。對于常見的天線測試以及和微波測試相關(guān)的測試項目，大多數(shù)都是在微波暗室或屏蔽室內(nèi)完成的，一般為了使微波暗室的測試環(huán)境能夠滿足實際測試和使用的要求，需要在微波暗室所有的墻面上均貼上吸波材料，以消除或減少電磁波的反射，因此在建造微波暗室或建成驗收時需要對裝貼在墻面上的吸波材料進行性能的測試和評估，但是吸波材料制造廠家一般給出的吸波材料的反射率，大多數(shù)只是單獨針對吸波材料進行的測試，而將吸波材料全部安裝在屏蔽室內(nèi)，構(gòu)成微波暗室后的吸波材料的反射率并未給出，也就是說，廠家給出的吸波材料的反射率只能僅供參考，并不代表實際安裝在微波暗室中的吸波材料的反射率。

隨著近年來微波暗室的快速發(fā)展，例如比較特殊的球面近場微波暗室及天線系統(tǒng)測試微波暗室，現(xiàn)在正逐步的開始評估微波暗室中所用吸波材料在實際使用環(huán)境條件下的反射率。再加上吸波材料反射率常見的測量方法都不能滿足已經(jīng)將吸波材料安裝在暗室的墻壁內(nèi)，進行現(xiàn)場測量吸波材料反射率的要求，因此本文主要討論針對已經(jīng)將吸波材料安裝在暗室的墻壁內(nèi)，進行現(xiàn)場測量吸波材料反射率的方法。

1 測量原理

吸波材料的反射率是表示吸波材料性能好壞的重要指標之一，通常用來衡量吸波材料的吸波性能。吸波材料反射率的定義為，當具有一定頻率和極化方向的電磁波以一定的角度入射時，吸波材料的反射功率與相同尺寸的金屬平板的反射功率之比定義為該吸波材料的反射率[2]。

對于微波暗室中的吸波材料，由于其反射的回波能量很弱，因此通過在微波暗室被測墻壁安裝吸波材料的前端固定一個標準的金屬板對測量系統(tǒng)進行定標后，分別測量標準金屬板的反射功率Pm和移走標準金屬板后安裝在墻壁上的吸波材料的反射功率Pa，按式(1)計算被測墻壁上吸波材料的反射率Γ。

式中：Γ是吸波材料反射率；Pa是被測墻壁吸波材料反射功率，W；Pm是標準金屬板的反射功率，W。

若以dB為單位表示，則反射率的計算見式(2) 。

其測量原理圖如圖1所示。

圖1 吸波材料反射率測量原理圖

2 測量方法

測量時，用激光儀跟蹤測量標準金屬板和收發(fā)天線的位置，使標準金屬板面豎直正對收發(fā)天線放置，此時的收發(fā)天線的口面需要保持豎直，并且收發(fā)天線的口面法線和標準金屬板的法線要保持平行[3]。采用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀發(fā)射信號，將通過掃頻得到標準金屬板的頻域響應(yīng)，通過矢量 網(wǎng)絡(luò)分析儀的時域測量功能，將其變換到時域，再選合適的門函數(shù)，找到標準金屬板反射的峰值位置，選擇合適的時域門限值截取最大的峰值后，反變換回頻域即為標準金屬板的反射值，記錄為S21-標準金屬板。

然后移走標準金屬板，使收發(fā)天線正對被測墻面的吸波材料，同樣采用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀發(fā)射信號，將通過掃頻得到吸波材料的頻域響應(yīng)，通過矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的時域測量功能，將其變換到時域，選取剛才標準金屬板時域頻響時的時域門限值，反變換回頻域即為吸波材料的反射值，記錄為S21-吸波材料。

其實，矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀并不存在實際的時域測試，而是通過對頻域的測試數(shù)據(jù)曲線作傅里葉反變換得到時域的數(shù)據(jù)曲線，對時域的數(shù)據(jù)曲線加時域門，可以濾除收發(fā)天線之間的耦合及微波暗室環(huán)境中不必要的反射，再將加時域門后的時域數(shù)據(jù)曲線進行傅里葉變換從而得到較為準確的頻域數(shù)據(jù)曲線[4]。

根據(jù)反射值的兩次測量結(jié)果按式(3)計算吸波材料反射率：

式中：Γ是吸波材料反射率，dB；S21-吸波材料是被測墻壁吸波材料反射值，dB；S21-標準金屬板是標準金屬板的反射值，dB。

具體的測試步驟如下：

1）用激光儀跟蹤測量標準金屬板和收發(fā)天線的位置，使標準金屬板面豎直正對收發(fā)天線放置，此時的收發(fā)天線的口面需要保持豎直，并且收發(fā)天線的口面法線和標準金屬板的法線要保持平行；

2）選擇矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測量參數(shù)為S21，設(shè)置矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀發(fā)射功率，測量標準金屬板的頻域響應(yīng)，利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的時域功能，將頻域響應(yīng)變換到時域；

3）選取合適的門函數(shù)，找到標準金屬板反射的峰值位置，選擇合適的時域門限值截取最大的峰值之后，反變換回頻域，記錄此時的時域門限值；

4）將加時域門的頻域響應(yīng)數(shù)據(jù)data存儲到矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的寄存器memory中；

5）移走標準金屬板，使收發(fā)天線正對被測墻面的吸波材料，測量吸波材料的頻域響應(yīng)，再利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的時域功能，將頻域響應(yīng)變換到時域，選取剛才標準金屬板記錄的時間門限，反變換回頻域；

6）利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀中的data-memory功能進行計算，即可得出被測墻面上吸波材料的反射率Γ。

3 現(xiàn)場測量

下面給出了在某單位的微波暗室內(nèi)進行的吸波材料反射率的現(xiàn)場測量，其中天線為水平極化，測量頻率范圍為12GHz～18GHz，垂直入射，發(fā)射功率為10dBm，發(fā)射天線采用標準增益喇叭天線。

其中，吸波材料現(xiàn)場測量布置圖如圖2所示，測試結(jié)果如圖3所示。

該測量數(shù)據(jù)顯示，該面墻上安裝的吸波材料樣品的反射率大部分在-60dB以下，測量數(shù)據(jù)與廠家的指標略有差異，滿足微波暗室使用方對吸波材料反射率的使用要求。

圖2 吸波材料反射率現(xiàn)場測量布置圖

圖3 吸波材料反射率測量曲線

4 結(jié)論

吸波材料反射率的現(xiàn)場測量方法主要利用了矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的時域門測量功能，對時域的數(shù)據(jù)曲線加時域門，通過濾除收發(fā)天線之間的耦合及微波暗室環(huán)境中不必要的反射，可以完成吸波材料反射率的現(xiàn)場測量。在實際的應(yīng)用測量過程中，還應(yīng)根據(jù)測試的不同頻率范圍，需要合理的設(shè)置矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的時域門限值，從而得到較為準確的頻域數(shù)據(jù)曲線。同時在擺放標準金屬板時應(yīng)保證標準金屬板的法向與收發(fā)天線口面的法向平行，否則，會影響測量結(jié)果的準確性。

[1]景莘慧, 蔣全興. 電波暗室用吸波材料反射系數(shù)的測試方法[J]. 測試與測量, 2002(5) : 1-3.

[2]程啟煒, 張麟兮. 吸波材料特性的測試及其改進[J]. 電子測量技術(shù). 2007,30(9):25-27.

[3]郭芳, 胡楚鋒, 李南京. 雷達吸波材料反射率遠場測試方法研究[J].計算機測量與控制, 2007,15(7):931-932.

[4]白莉萍. 矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀中時域測試功能的應(yīng)用[J]. 機械與電子, 2009(15):484-485.