一种超薄反射型电磁超表面的散射参数测量系统及其方法技术方案

本发明专利技术公开了一种超薄反射型电磁超表面的散射参数测量系统及其方法。本发明专利技术采用微波分光仪、一对角锥喇叭天线、波导同轴线转换器、同轴线、矢量网络分析仪、金属反射板、吸波材料和计算机，在自由空间中测量，不需要构建波导或平行板等的复杂电磁环境，具有便捷性；本发明专利技术的测量目标能够具有超薄特点，也能够不受厚度限制，由于厚度对应相位改变，实质上材料越厚相位测量越准，而如果材料厚度过于薄，稍微有扰动，相位就会变化很大，通过本发明专利技术中的测量目标表面处散射参数提取理论将厚度上的扰动消除；本发明专利技术的去噪声过程，去除了正入射测量时，单一喇叭天线同时作为接收端和发射端，喇叭天线的端口不可避免的自反射噪声，使得测量结果准确可信。

【技术实现步骤摘要】
一种超薄反射型电磁超表面的散射参数测量系统及其方法
本专利技术涉及电磁散射测量技术，具体涉及一种超薄反射型电磁超表面的散射参数测量系统及其测量方法。
技术介绍
人工电磁超表面(metasurface)作为一种可以在亚波长级别上操控电磁波的幅度和相位的工具，近年来获得了充足的发展。由于其具有超薄、低损耗、易加工等特点，超表面可以被应用到多个研究领域，如：梯度率材料、相位干涉聚焦与超聚焦、人工表面等离激元耦合器、多通道反射器等。人工电磁超表面包括透射型材料和反射型材料，透射型材料具有反射型散射参数S11和透射性散射参数S21，反射型材料只具有反射型散射参数S11，对于反射型散射参数S11包含两种情况下的散射参数，分别为正入射的反射型散射参数和斜入射的反射型散射参数。设计一种功能型的超表面关键在于获取其每个谐振单元的电磁属性(等效折射率neff、等效阻抗zeff、等效介电常数εeff、等效磁导率μeff)，根据各个参数的实部和虚部随频率的变化，可以确定每个谐振单元对入射电磁波的幅度和相位的调控程度。而计算这些等效电磁参数的理论中，需要的基础已知量是散本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超薄反射型电磁超表面的散射参数测量系统，其特征在于，所述散射参数测量系统包括：微波分光仪、一对角锥喇叭天线、波导同轴线转换器、同轴线、矢量网络分析仪、金属反射板、吸波材料和计算机；其中，微波分光仪的一对转臂分别为不动臂和转动臂，一对角锥喇叭天线分别安装在不动臂和转动臂上；在每一个角锥喇叭天线的尾部连接波导同轴线转换器；波导同轴线转换器通过同轴线连接至矢量网络分析仪；矢量网络分析仪通过网线连接至计算机；测量目标贴在金属反射板的中间上，金属反射板的表面暴露出来的边缘覆盖吸波材料；金属反射板架设在微波分光仪的转盘上；/n散射参数测量系统具有正入射测量模式和斜入射测量模式：/n在正入射测量模式...

【技术特征摘要】
1.一种超薄反射型电磁超表面的散射参数测量系统，其特征在于，所述散射参数测量系统包括：微波分光仪、一对角锥喇叭天线、波导同轴线转换器、同轴线、矢量网络分析仪、金属反射板、吸波材料和计算机；其中，微波分光仪的一对转臂分别为不动臂和转动臂，一对角锥喇叭天线分别安装在不动臂和转动臂上；在每一个角锥喇叭天线的尾部连接波导同轴线转换器；波导同轴线转换器通过同轴线连接至矢量网络分析仪；矢量网络分析仪通过网线连接至计算机；测量目标贴在金属反射板的中间上，金属反射板的表面暴露出来的边缘覆盖吸波材料；金属反射板架设在微波分光仪的转盘上；
散射参数测量系统具有正入射测量模式和斜入射测量模式：
在正入射测量模式下，设置在不动臂上的角锥喇叭天线同时作为发射端和接收端，向自由空间发射电磁波，并接收回波，传输至矢量网络分析仪，得到噪声关于频率的曲线，暂存在矢量网络分析仪的缓存中；将测量目标贴在金属反射板的中间上，设置在不动臂上的角锥喇叭天线正对着测量目标；矢量网络分析仪提供设定频段的电磁波，通过同轴线传输至在不动臂上的角锥喇叭天线；不动臂上的角锥喇叭天线将电磁波发射至测量目标上；电磁波经测量目标反射后，由不动臂上的角锥喇叭天线接收，并通过同轴线传输至矢量网络分析仪；矢量网络分析仪得到测量喇叭处的正入射的反射型散射参数关于频率的曲线，并减去暂存在矢量网络分析仪的缓存中的噪声关于频率的曲线，得到去噪后喇叭处的正入射的反射型散射参数关于频率的曲线，根据去噪后喇叭处的正入射的反射型散射参数关于频率的曲线，利用正入射的测量目标表面处散射参数提取理论，提取出测量目标表面处的正入射的反射型散射参数关于频率的曲线；
在斜入射测量模式下，设置在不动臂上的角锥喇叭天线作为发射端，设置在转动臂上的角锥喇叭天线作为接收端，分别位于贴在金属反射板上的测量目标的对称两侧，接收端角锥喇叭天线与发射端角锥喇叭天线之间的夹角为二倍的斜入射时的入射角；矢量网络分析仪提供设定频段的电磁波，通过同轴线传输至发射端角锥喇叭天线；发射端角锥喇叭天线将电磁波发射至测量目标上；电磁波经测量目标反射后，由接收端角锥喇叭天线接收，并通过同轴线传输至矢量网络分析仪；矢量网络分析仪得到测量喇叭处的斜入射的反射型散射参数关于频率的曲线，根据测量喇叭处的斜入射的反射型散射参数关于频率的曲线，利用斜入射的测量目标表面处散射参数提取理论，提取出测量目标表面处的斜入射的反射型散射参数关于频率的曲线。


2.如权利要求1所述的散射参数测量系统，其特征在于，所述吸波材料采用平板型吸收体。


3.如权利要求1所述的散射参数测量系统，其特征在于，所述斜入射的入射角度为10°～90°。


4.如权利要求1所述的散射参数测量系统，其特征在于，所述电磁波的频率为7GHz～11GHz。


5.如权利要求1所述的散射参数测量系统，其特征在于，所述金属反射板的水平尺寸为25×25cm2～50×50cm2，厚度为0.3～0.7cm。


6.一种如权利要求1所述的超薄反射型电磁超表面的散射参数测量系统的测量方法，其特征在于，所述测量方法包括正入射测量模式和斜入射测量模式：
A.正入射测量模式
1)设置在不动臂上的角锥喇叭天线同时作为发射端和接收端；
2)设置在不动臂上的角锥喇叭天线向自由空间发射电磁波，并接收回波，传输至矢量网络分析仪，得到噪声关于频率的曲线，暂存在矢量网络分析仪的缓存中；
3)将测量目标贴在金属反射板的中间上，并将金属反射板的表面暴露出来的边缘覆盖吸波材料，设置在不动臂上的角锥喇叭天线正对着测量目标；
4)矢量网络分析仪提供设定频段的电磁波，通过同轴线传输至在不动臂上的角锥喇叭天线，不动臂上的角锥喇叭天线将电磁波发射至测量目标上；
5)电磁波经测量目标反射后，由不动臂上的角锥喇叭天线接收，并通过同轴线传输至矢量网络分析仪；
6)矢量网络分析仪得到测量喇叭处的反射型散射参数关于频率的曲线；
7)通过转动微波分光仪的转盘，调节入射角度，使得测量喇叭处的反射型散射参数关于频率的曲线的幅度最大，此时的位置即为正入射位置，此时矢量网络分析仪中显示的测量喇叭处的反射型散射参数关于频率的曲线即为测量喇叭处的正入射的反射型散射参...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩丰远，殷立征，赵瑾，王艺东，杜朝海，刘濮鲲，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：北京;11