[发明专利]微波毫米波三维近场数据采集与成像系统

说明书

微波毫米波三维近场数据采集与成像系统，属于电磁场测量技术领域。设有控制电脑、测试探针、三轴运动控制器、线性平移台、矢量网络分析仪、金属支架和样品台；所述控制电脑分别与三轴运动控制器和矢量网络分析仪相连，三轴运动控制器与线性平移台相连；样品台安装固定在线性平移台上，金属支架设在线性平移台上方；测试探针固定在金属支架上并且与被测样品的一端口一起连接到矢量网络分析仪上。利用高性能长行程线性移动平台及同轴测试探针，可以实现对被测样品周围指定区域不同频率下的电场或者磁场进行逐点扫描，获取相关幅值与相位信息数据，并能通过电脑对场分布数据进行分析处理及成像显示。

技术领域

本发明属于电磁场测量技术领域，尤其是涉及微波毫米波三维近场数据采集与成像系统。

背景技术

电磁超材料是通过人工设计具有周期或者准周期结构的复合材料。这种复合材料与传统材料相比具有特异的物理性质，而且这种特异物理性质不仅取决于组成材料的本征性质，还取决于其亚波长结构尺寸参数。研究表明，电磁超材料具有负折射率、超吸收、旋光性、类电磁感应透明等多种新颖物理性质，并可通过结构尺寸设计对这些特性进行调控。近年来，为了便于器件与电路的集成应用，开展二维人工电磁超材料，特别是人工电磁超表面、人工表面等离激元(spoof surface plasmons，SSPs)的研究受到人们的广泛关注。由于人工表面等离激元能够在微波、毫米波及太赫兹波频段下实现类似于光频段表面等离激元近场束缚、局域增强等特性，因此基于人工表面等离激元器件与系统在信号传输、生物传感、高分辨率成像等领域展现出极大的应用前景。目前，如何对电磁超材料、超表面、人工表面等离激元器件进行高效、准确实验表征，获取器件的近场幅值相位等信息，对该领域研究尤其关键。然而，现有比较完善的近场扫描系统主要有两种：光电型平移扫描系统和基于天线的平移扫描系统，然而这两种系统因存在成本较高，搭建复杂，在测量速度、精度或探测物理量等方面问题，无法满足新型电磁超材料的近场测试的应用要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有近场扫描技术中精度不高、搭建复杂、测量模式单一、一次扫描只能获取单个频率下场分布等问题，提供适合于开放式波导、集成电路、超材料、超表面及其它器件与电路的微波毫米波三维近场数据采集与成像系统。

本发明设有控制电脑、测试探针、三轴运动控制器、线性平移台、矢量网络分析仪、金属支架和样品台；所述控制电脑分别与三轴运动控制器和矢量网络分析仪相连，三轴运动控制器与线性平移台相连；样品台安装固定在线性平移台上，金属支架设在线性平移台上方；测试探针固定在金属支架上并且与被测样品的一端口一起连接到矢量网络分析仪上。

所述三轴运动控制器可通过USB线与控制电脑相连，三轴运动控制器可通过线缆与线性平移台相连。被测样品固定在样品台上，在控制电脑上可设置扫面范围、步进与速度参数，精确地控制被测样品移动。同时，控制电脑可以获取被测样品目前的移动位置、扫描进度和预估扫描时间等参数。

所述矢量网络分析仪可通过柔性电缆分别与测试探头和被测样品相连并对被测样品进行激励及测试。此外，矢量网络分析仪可通过USB-GPIB线与控制电脑相连，用于数据通信，并且在控制电脑的控制下，当被测样品移动到确定扫描位置时，采集被测样品周围场的幅值与相位，在控制电脑上显示并保存。本发明可以利用不同的固定支架与测试探针，实时采集被测样品的电场、磁场分布。

本发明中，所述控制电脑同时与三轴运动控制器和矢量网络分析仪相连，设置扫描区域、步进、频点等参数，精确地控制被测样品移动到特定扫描点，然后控制矢量网络分析仪采集扫描点的不同模式、不同频点下场的幅值与相位，并从网络分析仪中读取数据，对数据进行处理，在控制电脑上显示并保存，完成对被测样品的三维近场数据采集与成像。