一种用于毫米波龙伯透镜测试的内置散射基准自校准暗箱及测试方法与流程

本发明涉及毫米波器件测试，尤其涉及一种用于毫米波龙伯透镜测试的内置散射基准自校准暗箱及测试方法。本发明可用于毫米波龙伯透镜、龙伯透镜天线、球形梯度折射率透镜、毫米波聚焦透镜、准光学透镜以及透镜馈源组合体的方向图测试、焦点偏移测试、透射相位测试、增益一致性测试和装配误差评估。

背景技术：

1、龙伯透镜是一种折射率沿半径方向变化的电磁透镜。理想龙伯透镜能够将某一方向入射的平面波聚焦到透镜表面附近的对应焦点，也能够将位于焦点附近的馈源辐射转换为准平面波。因此，龙伯透镜在毫米波通信、雷达探测、卫星通信、汽车雷达、多波束天线和准光学系统中具有广泛应用。

2、毫米波频段波长短，测试环境中的微小结构变化都会对测量结果产生明显影响。例如，馈源相位中心偏移、待测龙伯透镜装夹偏心、暗箱内壁残余反射、支撑件散射、接收探头距离变化等因素均可能导致方向图畸变、相位起伏、焦点偏移判断错误或者增益一致性评价失真。

3、现有毫米波龙伯透镜测试通常采用大型远场暗室。大型远场暗室通过较大的测试距离和吸波墙面来近似自由空间传播环境，其测试精度较高，但存在建设成本高、占地面积大、使用维护复杂、测试效率低等问题。对于小型龙伯透镜研发验证或批量筛选而言，完全依赖大型远场暗室并不经济。

4、也有一些现有方案采用小型暗箱或屏蔽箱进行测试。此类测试装置一般在箱体内壁铺设吸波材料，并在箱体内设置发射天线、接收天线和被测件支架。然而，小型暗箱内部空间有限，测试距离较短，即使设置吸波材料，仍不可避免存在残余反射。残余反射会与主传播信号叠加，形成幅度和相位波动。特别是在毫米波频段，残余反射造成的相位误差会直接影响龙伯透镜焦点位置和波束方向的判断。

5、现有技术面对小型暗箱残余反射问题，通常采取以下方式:

6、1、增加吸波材料厚度;

7、2、增大暗箱体积;

8、3、增加测试距离;

9、4、改变天线摆放位置;

10、5、在外部仪器端进行常规端口校准。

11、上述方式虽然能够在一定程度上改善测试条件，但仍存在不足:

12、第一，单纯增加吸波材料或增大箱体会提高成本和体积，难以满足紧凑化测试要求。

13、第二，外部端口校准只能校准电缆、连接器和仪器通道误差，无法有效校准暗箱内部空间反射误差。

14、第三，小型暗箱中接收探头如果采用直线移动或手动摆放，不同接收角度对应的传播距离容易变化，导致测试数据中混入空间路径误差。

15、第四，龙伯透镜测试对馈源相位中心位置要求高，现有小型测试暗箱通常难以精确调节馈源相位中心与龙伯透镜焦点之间的关系。

16、第五，现有装置缺乏一种能够在不开箱、不重新布置外部标准件的情况下，直接对暗箱内部残余反射进行测量和补偿的机制。

17、因此，需要提出一种新的毫米波龙伯透镜测试暗箱。该暗箱不应仅仅依赖吸波材料被动抑制反射，而应能够将暗箱内不可避免的残余反射转化为可测量、可建模、可补偿的系统误差，从而在紧凑空间内实现较高一致性的龙伯透镜测试。

技术实现思路

1、一、要解决的技术问题

2、本发明要解决的技术问题是提供一种用于毫米波龙伯透镜测试的内置散射基准自校准暗箱及测试方法，以解决现有小型暗箱测试毫米波龙伯透镜时存在的以下问题:

3、1、暗箱内残余反射难以消除，导致幅相测试结果不稳定;

4、2、外部端口校准无法反映暗箱内部空间反射误差;

5、3、接收探头不同扫描角度下的传播距离不一致，导致方向图测量失真;

6、4、发射馈源相位中心难以与龙伯透镜焦点准确对应;

7、5、待测龙伯透镜旋转角度、接收角度和校准基准之间缺少统一坐标关系;

8、6、紧凑暗箱难以获得接近远场暗室的测试一致性。

9、二、技术方案

10、为解决上述技术问题，本发明提供一种用于毫米波龙伯透镜测试的内置散射基准自校准暗箱，包括测试暗箱、门体、吸波锥阵列、低介电夹持组件、回转台、同轴支撑轴、发射馈源组件、上部相位中心滑轨、圆弧接收轨、接收探头组件、毫米波外接端口、控制与数据处理模块、角度编码器以及可收放校准散射体。

11、测试暗箱内部形成毫米波测试空间。吸波锥阵列设置于测试暗箱的内壁，用于吸收暗箱内的杂散毫米波并抑制多径反射。

12、低介电夹持组件设置于回转台上，用于夹持待测龙伯透镜，并使待测龙伯透镜的几何中心位于共同测量中心。回转台通过同轴支撑轴带动待测龙伯透镜绕竖直轴旋转。角度编码器用于检测回转台的旋转角度。

13、发射馈源组件设置于上部相位中心滑轨上。发射馈源组件能够沿上部相位中心滑轨移动，以使发射馈源组件的相位中心与待测龙伯透镜的目标焦点位置、设计焦点位置或者预设偏焦位置对应。

14、圆弧接收轨设置于测试暗箱内，圆弧接收轨的圆心与共同测量中心重合或基本重合。接收探头组件可移动地设置于圆弧接收轨上，并且在移动过程中指向共同测量中心。由此，接收探头组件沿不同角度扫描时，与待测龙伯透镜几何中心之间的距离保持恒定。

15、可收放校准散射体设置于测试暗箱内。可收放校准散射体能够在校准状态下进入预设校准位置，在测试状态下退出毫米波主传播路径。可收放校准散射体具有已知散射响应，例如可以为金属球、金属圆柱、角反射器、镀金属介质球或其他标准散射件。

16、控制与数据处理模块分别采集:1、空箱状态下的第一幅相数据;2、可收放校准散射体进入预设校准位置时的第二幅相数据;3、待测龙伯透镜安装后的第三幅相数据。控制与数据处理模块根据第一幅相数据、第二幅相数据以及可收放校准散射体的已知散射响应，建立暗箱残余反射补偿参数，并利用该暗箱残余反射补偿参数对第三幅相数据进行修正。

17、三、本发明的创造性构思

18、本发明的创造性并非在于单独设置测试暗箱、吸波材料、转台或探头，而在于提出了一种适用于毫米波龙伯透镜紧凑测试的内置散射基准自校准机制。

19、传统小型暗箱的设计思路是尽量消除内部所有散射和反射;本发明则采用不同思路:在暗箱内部主动设置一个具有已知散射响应的可收放校准散射体，并在正式测试前使其进入预设校准位置，以主动激励并表征暗箱内的残余反射路径。

20、通过空箱状态、校准散射体状态和龙伯透镜测试状态的三状态差分，暗箱内部原本不可预测的残余反射被转化为可测量、可建模、可补偿的系统误差。

21、同时，本发明将待测龙伯透镜几何中心、回转台旋转轴线、圆弧接收轨圆心、接收探头指向中心以及校准散射体预设位置统一到同一测量坐标基准中，使校准阶段得到的补偿参数能够直接映射到龙伯透镜测试阶段。

22、因此，本发明不是简单的部件组合，而是形成了“内置散射基准校准---共同测量中心约束---等半径角度扫描---馈源相位中心匹配---幅相数据补偿”的协同测试机制。

23、四、有益效果

24、与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果:

25、1.能够补偿小型暗箱内不可避免的残余反射。本发明通过可收放校准散射体建立暗箱残余反射补偿参数，不再单纯依赖吸波材料被动吸收，从而提高紧凑暗箱内毫米波测试的稳定性。

26、2.能够实现暗箱内部空间误差校准。外部仪器端口校准只能校准电缆和仪器通道误差，而本发明的可收放校准散射体设置在暗箱内部，能够对暗箱内部空间传播路径、固定结构散射和残余反射进行综合表征。

27、3.能够提高龙伯透镜方向图测试一致性。圆弧接收轨的圆心与共同测量中心重合，接收探头组件沿圆弧移动时与待测龙伯透镜的距离保持恒定，减少因接收距离变化引起的幅相误差。

28、4.能够提高焦点偏移测试准确性。发射馈源组件可沿上部相位中心滑轨移动，使其相位中心与龙伯透镜目标焦点位置对应，可用于测量龙伯透镜焦点偏移、馈源偏焦影响和波束偏转特性。

29、5.能够形成统一测试坐标基准。待测龙伯透镜中心、回转台旋转轴、圆弧接收轨圆心、接收探头指向中心和校准散射体位置之间具有统一几何关系，使角度扫描数据、旋转数据和校准数据能够对应融合。

30、6.结构紧凑，适合工程实现。本发明无需大型远场暗室，也无需复杂机械臂或大型近远场转换系统，适合毫米波龙伯透镜研发、生产检测和批量筛选。