[發明專利]微波毫米波三維近場數據采集與成像系統

在審

• 申請號: 201811147092.0
• 申請日: 2018-09-29
• 公開（公告）號: CN109085585A
• 公開（公告）日: 2018-12-25
• 發明（設計）人: 葉龍芳;豐豪;柳清伙
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: G01S13/89
• 分類號: G01S13/89
• 代理公司: 廈門南強之路專利事務所(普通合伙) 35200
• 代理人: 馬應森

微波毫米波三維近場數據采集與成像系統，屬于電磁場測量技術領域。設有控制電腦、測試探針、三軸運動控制器、線性平移臺、矢量網絡分析儀、金屬支架和樣品臺；所述控制電腦分別與三軸運動控制器和矢量網絡分析儀相連，三軸運動控制器與線性平移臺相連；樣品臺安裝固定在線性平移臺上，金屬支架設在線性平移臺上方；測試探針固定在金屬支架上并且與被測樣品的一端口一起連接到矢量網絡分析儀上。利用高性能長行程線性移動平臺及同軸測試探針，可以實現對被測樣品周圍指定區域不同頻率下的電場或者磁場進行逐點掃描，獲取相關幅值與相位信息數據，并能通過電腦對場分布數據進行分析處理及成像顯示。

技術領域

本發明屬于電磁場測量技術領域，尤其是涉及微波毫米波三維近場數據采集與成像系統。

背景技術

電磁超材料是通過人工設計具有周期或者準周期結構的復合材料。這種復合材料與傳統材料相比具有特異的物理性質，而且這種特異物理性質不僅取決于組成材料的本征性質，還取決于其亞波長結構尺寸參數。研究表明，電磁超材料具有負折射率、超吸收、旋光性、類電磁感應透明等多種新穎物理性質，并可通過結構尺寸設計對這些特性進行調控。近年來，為了便于器件與電路的集成應用，開展二維人工電磁超材料，特別是人工電磁超表面、人工表面等離激元(spoof surface plasmons，SSPs)的研究受到人們的廣泛關注。由于人工表面等離激元能夠在微波、毫米波及太赫茲波頻段下實現類似于光頻段表面等離激元近場束縛、局域增強等特性，因此基于人工表面等離激元器件與系統在信號傳輸、生物傳感、高分辨率成像等領域展現出極大的應用前景。目前，如何對電磁超材料、超表面、人工表面等離激元器件進行高效、準確實驗表征，獲取器件的近場幅值相位等信息，對該領域研究尤其關鍵。然而，現有比較完善的近場掃描系統主要有兩種：光電型平移掃描系統和基于天線的平移掃描系統，然而這兩種系統因存在成本較高，搭建復雜，在測量速度、精度或探測物理量等方面問題，無法滿足新型電磁超材料的近場測試的應用要求。

發明內容

本發明的目的在于克服現有近場掃描技術中精度不高、搭建復雜、測量模式單一、一次掃描只能獲取單個頻率下場分布等問題，提供適合于開放式波導、集成電路、超材料、超表面及其它器件與電路的微波毫米波三維近場數據采集與成像系統。

本發明設有控制電腦、測試探針、三軸運動控制器、線性平移臺、矢量網絡分析儀、金屬支架和樣品臺；所述控制電腦分別與三軸運動控制器和矢量網絡分析儀相連，三軸運動控制器與線性平移臺相連；樣品臺安裝固定在線性平移臺上，金屬支架設在線性平移臺上方；測試探針固定在金屬支架上并且與被測樣品的一端口一起連接到矢量網絡分析儀上。

所述三軸運動控制器可通過USB線與控制電腦相連，三軸運動控制器可通過線纜與線性平移臺相連。被測樣品固定在樣品臺上，在控制電腦上可設置掃面范圍、步進與速度參數，精確地控制被測樣品移動。同時，控制電腦可以獲取被測樣品目前的移動位置、掃描進度和預估掃描時間等參數。

所述矢量網絡分析儀可通過柔性電纜分別與測試探頭和被測樣品相連并對被測樣品進行激勵及測試。此外，矢量網絡分析儀可通過USB-GPIB線與控制電腦相連，用于數據通信，并且在控制電腦的控制下，當被測樣品移動到確定掃描位置時，采集被測樣品周圍場的幅值與相位，在控制電腦上顯示并保存。本發明可以利用不同的固定支架與測試探針，實時采集被測樣品的電場、磁場分布。

本發明中，所述控制電腦同時與三軸運動控制器和矢量網絡分析儀相連，設置掃描區域、步進、頻點等參數，精確地控制被測樣品移動到特定掃描點，然后控制矢量網絡分析儀采集掃描點的不同模式、不同頻點下場的幅值與相位，并從網絡分析儀中讀取數據，對數據進行處理，在控制電腦上顯示并保存，完成對被測樣品的三維近場數據采集與成像。