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矢量网络及在材料中的测试

2021-12-03 16:29:00 0 1199

概述

矢量网络分析仪是一种常见的射频测量仪器，主要用来测量高频器件、电路及系统的性能参数，如线性参数、非线性参数、变频参数等。

常用功能

常用的测试器件有：功分器、合路器、滤波器、衰减器、天线、电缆、放大器、混频器、双工器、耦合器、隔离器、环行器、适配器、波导、差分器件等

常用的测试功能有：驻波比、回波损耗、插入损耗、平坦度、带外抑制、衰减、增益、隔离度、特性阻抗、输入输出阻抗、相位、延时、 1dB 压缩点、噪声系数、差分参数、共模参数、共模抑制比CMRR 等。

矢量网络分析仪的组成及工作原理

矢量网络分析(VectorNetworkAnalyzer，VNA)是通过测量元件对频率扫描和功率扫描测试信号的幅度和相位的影响来精确表征元件特征的一种方法。网络分析是指对较复杂系统中所用元件和电路的电器性能进行测量的过程。这些系统传送具有信息内容的信号时，我们最关心的是如何以最高效率和最小失真使信号从一处传到另一处。矢量网络分析仪是微波基米波测试仪器领域中最为重要、应用最为泛的一种高精度智能化测试仪器，在业界享有“微波/毫米波测试仪器之王”的美誉，主要用于被测网络散射参量双向S参数的幅频、相频及群时延等特性信息的测量。

应用领域

广泛应用于以相控阵雷达为代表的新一代军用电子装备研制、生产、维修和计量等领域，还可以应用于精确制导、隐身及反隐身、航空航天、卫星通信雷达侦测和监视、教学实验以及天线与RCS测试、元器件测试、材料测试等诸多领域。

矢量网络在材料中的应用

一、常见介电常数测试材料类型

1.测量材料介电常数的常见七种方法

①同轴探头法

通过将探头浸入液体或用其接触固体（或粉末）材料的平坦表面，网分仪通过测量S11再换算到介电常数。

a.对被测材料要求：液体、软质整合固体（表面平整能够与探头紧密贴合无空气间隙）、半固体，“半无限” 厚度、非磁性、各向同性和均质、无空隙

b.覆盖频率范围（由探头决定）：200MHz-50GHz

②传输线法

传输线法需要将材料置于一部分封闭的传输线内部。线路通常是一段矩形波导或同轴空气线。介电常数根据反射信号（S11）和发射信号（S21）的测量结果计算得出。

a.对被测材料的要求：固体，且尺寸可精确塑型为环状或者方块状，表面足够光滑保证样品填充满夹具不留间隙。

b.覆盖频率范围：覆盖100MHz至1.1THz，由空气线或者波导频率决定。

③自由空间法

该方法将材料填充在两根天线之间以进行非接触测量。

a.对材料要求：大平面固体材料、平坦、平行表面、均匀，使用特制夹具可测量粒状和粉状材料

b.覆盖频率：100MHz至1.1T，受限于样品尺寸。

④拱形法

NRL 拱形测试法由美国海军研究实验室首先提出，这种实用技术可用于测量材料的变角度吸收特征。典型设置是将网络分析仪连接到两个号角天线，固定在被测材料上方或下方的一个拱形电枢上。一根天线用作发射天线，另一根可以接收反射信号，以完成单端口测量。样品应是在 “远场”。

a.对材料要求：大平面固体材料、平坦、平行表面、均匀，使用特制夹具可测量粒状和粉状材料

b.覆盖频率：100MHz至1.1THz。

⑤谐振腔法

谐振腔测试法使用网络分析仪来测量谐振频率和谐振腔体夹具的Q值，在测试开始时是空白设置，随后加载被测样品。当已知样品的体积和谐振腔的其他参数时，通过这些测量来计算介电常数。

a.对材料要求：样品切条，平坦薄片，厚度约0.05mm~5mm，典型值为1mm

b.覆盖频率：1GHz至15GHz，一个谐振腔对应一个频点。

⑥平行板电容法

使用阻抗分析仪，将被测材料置于平行板电极之间，通过测试电容值计算出介电常数。

a.对材料要求：表面光滑且均匀薄片或者薄膜，不同夹具对厚度和直径有要求

b.覆盖频率：1MHz至1GHz。

⑦电感测量法

仅针对磁性材料测试磁导率，它可通过含有闭合环路（例如环形磁芯）的磁芯电感器的自感推导得出。

a.对材料要求：环形磁芯结构

b.覆盖频率：1 kHz 至 1GHz

二、吸波材料反射率，透射率测试及性能测试

吸波材料是电磁兼容设计中的关键材料。

三、材料的高频测量应用

通过对材料的高频特性测量直接推算出此材料在高频应用中的表现，例如，对材料的电磁波吸收特性的测量，我们可以推算出将此材料涂在飞机表面后飞机对雷达的隐身效果。再例如，对纤维板材料的高频特性测量，可以推断出此类材料是否适于作为电路板。

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