1-26.5GHz矩形开口波导探头校准系统的研究

摘要

随着微波技术的发展，近场测量的应用越来越广，作为近场测量系统的核心部件之一，矩形开口波导探头的性能对系统的测量精度有着至关重要的影响。国外相关机构已经具备了对Ka波段及其以下频段的矩形开口波导探头进行高精度校准的能力，但由于种种原因，我国在相关领域一直是空白，无论从科研开发还是国防建设的角度来看，解决矩形开口波导探头的溯源问题迫在眉睫。
　　本论文涉及的课题是中国计量院的在研课题，其针对的是工作在1GHz～26.5GHz频率范围内的各类标准开口波导，旨在研究并建立标准开口波导探头增益和方向图校准系统，解决在此频率范围的标准开口波导绝对增益和方向图的校准及量值溯源问题，同时初步建立起开口波导国家标准体系，以满足经济发展和国防建设的迫切需求，提高相关行业的研发能力和服务水平，推动微波测量技术的发展。
　　论文从理论角度对矩形开口波导探头的特性进行了分析，给出了常用的探头增益估算公式及其精度，然后通过仿真的方法，对探头进行了建模与分析，结果表明，探头辐射方向图较饱满，有很宽的3dB带宽，其H面辐射方向图相对E面辐射方向图要尖锐；矩形波导探头的主轴增益值较小且随着频率的升高而逐渐增大，在整个频段上，增益值的一致性很好。
　　在理论和仿真分析的基础之上，论文对矩形开口波导探头校准系统的校准原理、场地、校准流程等方面进行了详细阐述，给出了不同工作频段探头的最小校准距离及微波暗室的尺寸选择，推导出探头增益的计算公式，总结并给出了矩形开口波导探头的校准流程，最后，以WR284型波导探头为例，将该系统的实测值和仿真值进行了对比分析，结果表明，在该探头的整个工作频段上，增益的实测值和仿真值都吻合的很好，最大相差0.25dB，从而证明了该校准系统的有效性。
　　论文的最后介绍了不确定度的相关概念和评定的基本原则，对可能引入不确定度的因素进行了分析，然后以WR284型波导探头在3GHz频点的测量数据为例，建立了系统不确定度评定的数学模型并进行了分析和评定，最后计算得出了系统的标准不确定度和扩展不确定度，给出了不确定度分量的汇总表。从分析的结果来看，在该频点，贡献最大的不确定度分量为收发探头之间的多路径耦合以及端口失配。