吸波材料反射率的现场测量方法

杨金涛，马永光，尚柱冈

（北京无线电计量测试研究所，北京 100854）

引言

吸波材料通常由基体材料和具有吸收作用的介质材料复合而成，能够将投射到它表面的电磁波能量吸收，并通过材料的介质损耗使电磁波能量转化成为热能或其他形式的能量。吸波材料在实际应用过程中并不是单独使用的，而是装贴在屏蔽室或微波暗室的整面墙上或天花板上，用以控制电磁波的多路径反射[1]。对于常见的天线测试以及和微波测试相关的测试项目，大多数都是在微波暗室或屏蔽室内完成的，一般为了使微波暗室的测试环境能够满足实际测试和使用的要求，需要在微波暗室所有的墙面上均贴上吸波材料，以消除或减少电磁波的反射，因此在建造微波暗室或建成验收时需要对装贴在墙面上的吸波材料进行性能的测试和评估，但是吸波材料制造厂家一般给出的吸波材料的反射率，大多数只是单独针对吸波材料进行的测试，而将吸波材料全部安装在屏蔽室内，构成微波暗室后的吸波材料的反射率并未给出，也就是说，厂家给出的吸波材料的反射率只能仅供参考，并不代表实际安装在微波暗室中的吸波材料的反射率。

随着近年来微波暗室的快速发展，例如比较特殊的球面近场微波暗室及天线系统测试微波暗室，现在正逐步的开始评估微波暗室中所用吸波材料在实际使用环境条件下的反射率。再加上吸波材料反射率常见的测量方法都不能满足已经将吸波材料安装在暗室的墙壁内，进行现场测量吸波材料反射率的要求，因此本文主要讨论针对已经将吸波材料安装在暗室的墙壁内，进行现场测量吸波材料反射率的方法。

1 测量原理

吸波材料的反射率是表示吸波材料性能好坏的重要指标之一，通常用来衡量吸波材料的吸波性能。吸波材料反射率的定义为，当具有一定频率和极化方向的电磁波以一定的角度入射时，吸波材料的反射功率与相同尺寸的金属平板的反射功率之比定义为该吸波材料的反射率[2]。

对于微波暗室中的吸波材料，由于其反射的回波能量很弱，因此通过在微波暗室被测墙壁安装吸波材料的前端固定一个标准的金属板对测量系统进行定标后，分别测量标准金属板的反射功率Pm和移走标准金属板后安装在墙壁上的吸波材料的反射功率Pa，按式(1)计算被测墙壁上吸波材料的反射率Γ。

式中：Γ是吸波材料反射率；Pa是被测墙壁吸波材料反射功率，W；Pm是标准金属板的反射功率，W。

若以dB为单位表示，则反射率的计算见式(2) 。

其测量原理图如图1所示。

图1 吸波材料反射率测量原理图

2 测量方法

测量时，用激光仪跟踪测量标准金属板和收发天线的位置，使标准金属板面竖直正对收发天线放置，此时的收发天线的口面需要保持竖直，并且收发天线的口面法线和标准金属板的法线要保持平行[3]。采用矢量网络分析仪发射信号，将通过扫频得到标准金属板的频域响应，通过矢量 网络分析仪的时域测量功能，将其变换到时域，再选合适的门函数，找到标准金属板反射的峰值位置，选择合适的时域门限值截取最大的峰值后，反变换回频域即为标准金属板的反射值，记录为S21-标准金属板。

然后移走标准金属板，使收发天线正对被测墙面的吸波材料，同样采用矢量网络分析仪发射信号，将通过扫频得到吸波材料的频域响应，通过矢量网络分析仪的时域测量功能，将其变换到时域，选取刚才标准金属板时域频响时的时域门限值，反变换回频域即为吸波材料的反射值，记录为S21-吸波材料。

其实，矢量网络分析仪并不存在实际的时域测试，而是通过对频域的测试数据曲线作傅里叶反变换得到时域的数据曲线，对时域的数据曲线加时域门，可以滤除收发天线之间的耦合及微波暗室环境中不必要的反射，再将加时域门后的时域数据曲线进行傅里叶变换从而得到较为准确的频域数据曲线[4]。

根据反射值的两次测量结果按式(3)计算吸波材料反射率：

式中：Γ是吸波材料反射率，dB；S21-吸波材料是被测墙壁吸波材料反射值，dB；S21-标准金属板是标准金属板的反射值，dB。

具体的测试步骤如下：

1）用激光仪跟踪测量标准金属板和收发天线的位置，使标准金属板面竖直正对收发天线放置，此时的收发天线的口面需要保持竖直，并且收发天线的口面法线和标准金属板的法线要保持平行；

2）选择矢量网络分析仪测量参数为S21，设置矢量网络分析仪发射功率，测量标准金属板的频域响应，利用矢量网络分析仪的时域功能，将频域响应变换到时域；

3）选取合适的门函数，找到标准金属板反射的峰值位置，选择合适的时域门限值截取最大的峰值之后，反变换回频域，记录此时的时域门限值；

4）将加时域门的频域响应数据data存储到矢量网络分析仪的寄存器memory中；

5）移走标准金属板，使收发天线正对被测墙面的吸波材料，测量吸波材料的频域响应，再利用矢量网络分析仪的时域功能，将频域响应变换到时域，选取刚才标准金属板记录的时间门限，反变换回频域；

6）利用矢量网络分析仪中的data-memory功能进行计算，即可得出被测墙面上吸波材料的反射率Γ。

3 现场测量

下面给出了在某单位的微波暗室内进行的吸波材料反射率的现场测量，其中天线为水平极化，测量频率范围为12GHz～18GHz，垂直入射，发射功率为10dBm，发射天线采用标准增益喇叭天线。

其中，吸波材料现场测量布置图如图2所示，测试结果如图3所示。

该测量数据显示，该面墙上安装的吸波材料样品的反射率大部分在-60dB以下，测量数据与厂家的指标略有差异，满足微波暗室使用方对吸波材料反射率的使用要求。

图2 吸波材料反射率现场测量布置图

图3 吸波材料反射率测量曲线

4 结论

吸波材料反射率的现场测量方法主要利用了矢量网络分析仪的时域门测量功能，对时域的数据曲线加时域门，通过滤除收发天线之间的耦合及微波暗室环境中不必要的反射，可以完成吸波材料反射率的现场测量。在实际的应用测量过程中，还应根据测试的不同频率范围，需要合理的设置矢量网络分析仪的时域门限值，从而得到较为准确的频域数据曲线。同时在摆放标准金属板时应保证标准金属板的法向与收发天线口面的法向平行，否则，会影响测量结果的准确性。

[1]景莘慧, 蒋全兴. 电波暗室用吸波材料反射系数的测试方法[J]. 测试与测量, 2002(5) : 1-3.

[2]程启炜, 张麟兮. 吸波材料特性的测试及其改进[J]. 电子测量技术. 2007,30(9):25-27.

[3]郭芳, 胡楚锋, 李南京. 雷达吸波材料反射率远场测试方法研究[J].计算机测量与控制, 2007,15(7):931-932.

[4]白莉萍. 矢量网络分析仪中时域测试功能的应用[J]. 机械与电子, 2009(15):484-485.