第一篇：天線測試方法介紹

天線測試方法介紹

天線測試方法介紹

對天線與某個應(yīng)用進(jìn)行匹配需要進(jìn)行精確的天線測量。天線工程師需要判斷天線將如何工作，以便確定天線是否適合特定的應(yīng)用。這意味著要采用天線方向圖測量(APM)和硬件環(huán)內(nèi)仿真(HiL)測量技術(shù)，在過去5年中，國防部門對這些技術(shù)的興趣已經(jīng)越來越濃厚。雖然有許多不同的方法來開展這些測量，但沒有一種能適應(yīng)各種場合的理想方法。例如，500MHz以下的低頻天線通常是使用錐形微波暗室(Anechoic Chamber)，這是20世紀(jì)60年代就出現(xiàn)的技術(shù)。遺憾的是，大多數(shù)現(xiàn)代天線測試工程師不熟悉這種非常經(jīng)濟的技術(shù)，也不完全理解該技術(shù)的局限性(特別是在高于1GHz的時候)。因此，他們無法發(fā)揮這種技術(shù)的最大效用。隨著對頻率低至100MHz的天線測量的興趣與日俱增，天線測試工程師理解各種天線測試方法(如錐形微波暗室)的優(yōu)勢和局限的重要性就愈加突出。在測試天線時，天線測試工程師通常需測量許多參數(shù)，如輻射方向圖、增益、阻抗或極化特性。用于測試天線方向圖的技術(shù)之一是遠(yuǎn)場測試，使用這種技術(shù)時待測天線(AUT)安裝在發(fā)射天線的遠(yuǎn)場范圍內(nèi)。其它技術(shù)包括近場和反射面測試。選用哪種天線測試場取決于待測的天線。

為更好地理解選擇過程，可以考慮這種情況：典型的天線測量系統(tǒng)可以被分成兩個獨立的部分，即發(fā)射站和接收站。發(fā)射站由微波發(fā)射源、可選放大器、發(fā)射天線和連接接收站的通信鏈路組成。接收站由AUT、參考天線、接收機、本振(LO)信號源、射頻下變頻器、定位器、系統(tǒng)軟件和計算機組成。

在傳統(tǒng)的遠(yuǎn)場天線測試場中，發(fā)射和接收天線分別位于對方的遠(yuǎn)場處，兩者通常隔得足夠遠(yuǎn)以模擬想要的工作環(huán)境。AUT被距離足夠遠(yuǎn)的源天線所照射，以便在AUT的電氣孔徑上產(chǎn)生接近平面的波陣面。遠(yuǎn)場測量可以在室內(nèi)或室外測試場進(jìn)行。室內(nèi)測量通常是在微波暗室中進(jìn)行。這種暗室有矩形的，也有錐形的，專門設(shè)計用來減少來自墻體、地板和天花板的反射(圖1)。在矩形微波暗室中，采用一種墻面吸波材料來減少反射。在錐形微波暗室中，錐體形狀被用來產(chǎn)生照射。

圖1：這些是典型的室內(nèi)直射式測量系統(tǒng)，圖中分別為錐形(左)和矩形(右)測試場。

近場和反射測量也可以在室內(nèi)測試場進(jìn)行，而且通常是近場或緊縮測試場。在緊縮測試場中，反射面會產(chǎn)生一個平面波，用于模擬遠(yuǎn)場行為。這使得可以在長度比遠(yuǎn)場距離短的測試場中對天線進(jìn)行測量。在近場測試場中，AUT被放置在近場，接近天線的表面上的場被測量。隨后測量數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)換，即可獲得遠(yuǎn)場行為(圖2)。圖3顯示了在緊縮測試場中由靜區(qū)上的反射面產(chǎn)生的平面波。

圖2：在緊縮測試場，平坦波形是由反射測量產(chǎn)生。

一般來說，10個波長以下的天線(中小型天線)最容易在遠(yuǎn)場測試場中測量，這是因為在可管理距離內(nèi)往往可以輕松滿足遠(yuǎn)場條件。對大型天線(Electrically Large Antenna)、反射面和陣列(超過10個波長)來說，遠(yuǎn)場通常在許多波長以外。因此，近場或緊縮測試場可以提供更加可行的測量選項，而不管反射面和測量系統(tǒng)的成本是否上升。

假設(shè)天線測試工程師想要在低頻下進(jìn)行測量。國防部門對此尤感其興趣，因為他們需要研究諸如在低頻下使用天線等事項，以便更好地穿透探地雷達(dá)(GPR)系統(tǒng)中的結(jié)構(gòu)(針對工作在400MHz范圍的射頻識別(RFID)標(biāo)簽)，以及支持更高效的無線電設(shè)備(如軟件定義無線電(SDR))和數(shù)字遙感無線電設(shè)備。在這種情況下，微波暗室可以為室內(nèi)遠(yuǎn)場測量提供足夠好的環(huán)境。

矩形和錐形是兩種常見的微波暗室類型，即所謂的直接照射方法。每種暗室都有不同的物理尺寸，因此會有不同的電磁行為。矩形微波暗室處于一種真正的自動空間狀態(tài)，而錐形暗室利用反射形成類似自由空間的行為。由于使用了反射的射線，因此最終形成的是準(zhǔn)自由而非真正自由的空間。

眾所周知，矩形暗室比較容易制造，在低頻情況下的物理尺寸非常大，而且隨著頻率的提高工作性能會更好。相反，錐形暗室制造起來較復(fù)雜，也更長一些，但寬度和高度比矩陣暗室要小。隨著頻率的提高(如2GHz以上)，對錐形暗室的操作必須十分小心才能確保達(dá)到足夠高的性能。

通過研究每種暗室中使用的吸波措施可以更清楚地認(rèn)識矩形和錐形暗室之間的區(qū)別。在矩形暗室中，關(guān)鍵是要減小被稱為靜區(qū)(QZ)的暗室區(qū)域中的反射能量。靜區(qū)電平是進(jìn)入靜區(qū)的反射射線與從源天線到靜區(qū)的直接射線之差，單位是DB。對于給定的靜區(qū)電平，這意味著后墻要求的正常反射率需等于或大于要達(dá)到的靜區(qū)電平。

由于矩形暗室中的反射是一種斜入射，這會使吸波材料的效率打折扣，因此側(cè)墻非常關(guān)鍵。但是，由于存在源天線的增益，只有較少的能量照射到側(cè)墻(地板和天花板)，因此增益差加上斜入射反射率必須大于或等于靜區(qū)反射率水平。

通常只有源和靜區(qū)之間存在鏡面反射的側(cè)墻區(qū)域需要昂貴的側(cè)墻吸波材料。在其它的例子中(例如在位于源后面的發(fā)射端墻處)，可以使用更短的吸波材料。在靜區(qū)周圍一般使用楔形吸波材料，這樣有助于減少任何后向散射，并防止對測量造成負(fù)面影響。

錐形暗室中采用什么吸波措施呢?開發(fā)這種暗室的最初目的是為了規(guī)避矩形暗室在頻率低于500MHz時的局限性。在這些低頻頻段，矩形暗室不得不使用低效率天線，而且必須增加側(cè)墻吸波材料的厚度來減少反射并提高性能。同樣，必須增加暗室尺寸以適應(yīng)更大的吸波材料。采用較小的天線不是解決之道，因為更低的增益意味著側(cè)墻吸波材料仍必須增大尺寸。

錐形暗室沒有消除鏡面反射。錐體形狀使鏡面區(qū)域更接近饋源(源天線的孔徑)，因此鏡面反射成為照射的一部分。鏡面區(qū)域可以用來通過形成一組并行射線入射進(jìn)靜區(qū)，從而產(chǎn)生照射。如圖3所示，最終的靜區(qū)幅度和相位錐度接近自由空間中的期望值。

圖3：在緊縮測試場中由靜區(qū)上的反射面產(chǎn)生的平面波。

使用陣列理論可以更清楚地解釋錐形暗室的照射機制。考慮饋源由真實的源天線和一組映像組成。如果映像遠(yuǎn)離源(在電氣上)，那么陣列因子是不規(guī)則的(例如有許多紋波)。如果映像比較靠近源，那么陣列因子是一個等方性圖案。對位于(遠(yuǎn)場中的)AUT處的觀察者來說，他看到的源是源天線加上陣列因子后的圖案。換句話說，陣列將看起來像是自由空間中的獨立天線。

在錐形暗室中，源天線非常關(guān)鍵，特別是在較高頻率時(如2GHz以上)，此時暗室行為對細(xì)小的變化更加敏感(圖4)。整個錐體的角度和處理也很重要。角度必須保持恒定，因為錐體部分角度的任何變化將引起照射誤差。因此測量時保持連續(xù)的角度是實現(xiàn)良好錐形性能的關(guān)鍵。

圖4：在典型的錐形暗室中，吸波材料的布局看起來很簡單，但離源天線較近的區(qū)域(錐形暗區(qū)域)非常重要。

與矩形暗室一樣，錐形暗室中的接收端墻體吸波材料的反射率必須大于或等于所要求的靜區(qū)電平。側(cè)墻吸波材料沒有那么重要，因為從暗室立方體部分的側(cè)墻處反射的任何射線會被后墻進(jìn)一步吸收(后墻處有性能最好的吸波材料)。作為一般的“經(jīng)驗之談”，立方體上的吸波材料的反射率是后墻吸波材料的一半。為減少潛在的散射，吸波材料可以呈45度角或菱形放置，當(dāng)然也可以使用楔形材料。

表中提供了典型錐形微波暗室的特性，可以用來與典型的矩形暗室作比較。較少量的錐形吸波材料意味著更小的暗室，因此成本更低。這兩種暗室提供基本相同的性能。不過需要注意的是，矩形暗室要想達(dá)到與錐形暗室相同的性能，必須做得更大，采用更長的吸波材料和數(shù)量更多的吸波材料。

圖5：一個用于天線測試的200MHz至40GHz小型錐形暗室。

雖然從前面的討論中可以清楚地知道，在低頻時錐形暗室可以比矩形暗室提供更多的優(yōu)勢，但測量數(shù)據(jù)表明錐形暗室具有真正的可用性。圖5 是一個200MHz至40GHz的小型錐形暗室，外形尺寸為12×12×36英尺，靜區(qū)大小為1.2米。這里采用了一個雙脊寬帶喇叭天線照射較低頻率的靜區(qū)。然后利用安捷倫(Agilent)公司的N9030A PXA頻譜分析儀以一個對數(shù)周期天線測量靜區(qū)。在200MHz點測得的反射率大于30Db(如圖6所示)。圖7 和 圖8分別顯示了饋源頂部的源天線和靜區(qū)中的掃描天線。

圖6：從圖中可以看出，在200MHz點測得的反射率大于30dB。

圖7：圖中測試采用雙脊喇叭作為源。

有許多像APM和HiL那樣的不同方法可進(jìn)行天線測量。測量技巧在于選擇正確的天線測試場，具體取決于待測的天線。對于中型天線(10個波長大小)，推薦使用遠(yuǎn)場測試場。另一方面，錐形暗室可以為低于500MHz的頻率提供更好的解決方案。它們也可以用于2GHz以上的頻率，但操作時需要備加小心才能確保獲得足夠好的性能。通過了解錐形微波暗室的正確使用，今天的天線測試工程師可以使用非常有用的工具開展100MHz至300MHz以及UHF范圍的天線測量。

圖8：圖中測試采用一個對數(shù)周期天線來掃描QZ以測量反射率。

第二篇：雷達(dá)陣列天線介紹

■開課目的

“陣列天線分析與綜合”是電子信息工程專業(yè)電磁場與微波通信方向的專業(yè)選修課程。課程的任務(wù)是使學(xué)生掌握陣列天線的基本理論、基本分析與綜合方法，掌握單脈沖陣列、相控陣掃描天線的基本理論和概念、以及陣列天線的優(yōu)化設(shè)計思想，培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力，為今后從事天線理論研究、工程設(shè)計和開發(fā)工作打下良好的基礎(chǔ)。

■課程要求

● 約有五次作業(yè) ● 考核

平時成績占20％。包括平時作業(yè)，出勤情況。期末考試成績占80％(一頁紙開卷)

雷達(dá)陣列天線簡介

1、“AN/SPY—1”S波段相控陣?yán)走_(dá)

是海軍“宙斯盾”(Aegis)武器系統(tǒng)中的一部分，由RCA公司研制。它有四個相控陣孔徑，提供前方半空間很大的覆蓋范圍。

接收時它使用帶68個子陣的饋電系統(tǒng)，每個子陣包含64個波導(dǎo)輻射器，總共有68×64＝4352個單元。

發(fā)射時，子陣成對組合，形成32個子陣，每個子陣128個單元，總共32×128＝4096輻射單元。

移相器為5位二進(jìn)制鐵氧體移相器，直接向波導(dǎo)輻射器饋電。為了避免相位量化誤差引起的高副瓣電平，后來移相器改為7位二進(jìn)制移相器，合成的相控陣由強制饋電功分網(wǎng)絡(luò)饋電，輻射單元也改為4350個，單脈沖的和、差波瓣及發(fā)射波束均按最佳化設(shè)計。

AN/SPY—1天線正在進(jìn)行近場測試(RCA公司電子系統(tǒng)部提供)目前該系統(tǒng)安裝在導(dǎo)彈巡洋艦上

導(dǎo)彈巡洋艦上的AN/SPY—1系統(tǒng)

2、愛國者(PATRIOT)多功能相控陣?yán)走_(dá)

是Raytheon公司為陸軍研制的一種多功能相控陣?yán)走_(dá)系統(tǒng)。其天線系統(tǒng)使用光學(xué)饋電的透鏡陣列形式。和差波瓣分別通過單脈沖饋源達(dá)到最佳。孔徑呈圓形，包含大約5000個單元，采用4位二進(jìn)制鐵氧體移相器和波導(dǎo)型輻射器單元。它安裝在車輛上，并可平疊以便于運輸。

愛國者多功能相控陣?yán)走_(dá)天線(Raytheon公司提供)

3、機載預(yù)警和控制系統(tǒng)(AWACS)世界上第一個具有超低副瓣的作戰(zhàn)雷達(dá)天線是由西屋電氣公司為AWACS系統(tǒng)研制的。它取得成功后，便有很多產(chǎn)品緊隨其后，而且常常得到比規(guī)定的副瓣電平還要低的副瓣。AWACS雷達(dá)天線是波導(dǎo)窄邊縫隙陣列，有4000多個縫隙單元。該系統(tǒng)可用于空中監(jiān)視的預(yù)警機，如下圖所示。它在可一起轉(zhuǎn)動的圓形天線罩內(nèi)做機械旋轉(zhuǎn)，在垂直面上用28個鐵氧體精密移相器實現(xiàn)相控掃描。

AWACS預(yù)警機雷達(dá)天線波導(dǎo)窄邊縫隙陣列(西屋公司提供)

4、電子捷變雷達(dá)

西屋電氣公司以前為機載應(yīng)用研制了這種X波段相控陣?yán)走_(dá)。后來此系統(tǒng)演化為B1－B轟炸機上的AN/APQ—164雷達(dá)，如下圖所示。該圖顯示正在裝配的這種雷達(dá)天線，它有1526個圓波導(dǎo)口輻射單元，組成的陣列為橢圓形孔徑，每個單元都帶有可逆鐵氧體移相器，可以實現(xiàn)空間二維掃描。該系統(tǒng)有形成波束變化的靈活性，其口徑相位的變化可以實現(xiàn)尖銳的筆形波束、余割平方波束、垂直扇形波束。極化可從垂直極化改變?yōu)閳A極化。這是通過每個單元的可開關(guān)的法拉第旋轉(zhuǎn)器結(jié)合鐵氧體?/4薄片來實現(xiàn)。天饋系統(tǒng)還包括故障定位和隔離系統(tǒng)，還有檢測、校驗系統(tǒng)，這可通過合成信號的變化來確定合適的相位分布(校正饋電系統(tǒng)的誤差)，檢驗激勵幅度，并檢查極化分集的功能。

正在裝配的AN/APQ—164相控陣?yán)走_(dá)天線(西屋公司提供)

5、多功能電掃描自適應(yīng)雷達(dá)(MESAR)

這是一部具有挑戰(zhàn)性的S波段固態(tài)相控陣?yán)走_(dá)，它由英國海軍部研究中心和Plessey雷達(dá)公司共同研制。陣面為1.8m×1.8m孔徑，共有918個波導(dǎo)型輻射單元，如下圖所示。采用4位二進(jìn)制移相器，功率放大器為分立器件，有22％的帶寬，2W輸出功率。接收時信號在模塊中被前置放大和移相，并在波束形成器中聚集成16個子陣，每一子陣都有各自的接收機，這些接收機的輸出用8位A/D轉(zhuǎn)換器數(shù)字化，提供強大的自適應(yīng)置零能力。

MESAR固態(tài)相控陣?yán)走_(dá)天線(Plessey公司提供)

6、AN/TPS-70多波束陣列雷達(dá)

這是一種不用移相器相控掃描的低副瓣陣列，在方位上為低副瓣波束并采用機械旋轉(zhuǎn)掃描，在俯仰面上實現(xiàn)多個波束以覆蓋空間較大的范圍。天線使用36根水平波導(dǎo)管，每根波導(dǎo)管上有94個縫隙以形成主瓣寬度為1.6o的方位窄波束。在俯仰面上，發(fā)射時激勵22根波導(dǎo)管，產(chǎn)生20o的俯仰波束，該波束為賦形波束，低仰角時的增益高，高仰角時的增益低；接收時來自全部36根波導(dǎo)的能量結(jié)合在一起產(chǎn)生6個同時波束以覆蓋0～20o的仰角范圍。6個波束的仰角寬度從最低波束的2.3o變化到6o。這6個波束均有自己的接收機，通過比較這些波束中的能量可提供仰角的單脈沖信息。

同時多波束的優(yōu)點是，在強雜波環(huán)境中它能提供實現(xiàn)信號處理功能所需的時間。該雷達(dá)可運輸。其作用距離240英里，有3MW的峰值功率和5KW的平均功率。該雷達(dá)及其改型已在全世界廣泛使用。

AN/TPS-70多波束陣列雷達(dá)天線(西屋公司提供)

7、AN/TPQ-37武器定位雷達(dá)

又稱火力搜索雷達(dá)，為美軍陸軍裝備，由休斯(Hughes)飛機公司研制。用來探測炮彈彈道，并反向?qū)ふ移浒l(fā)射點。該雷達(dá)使用有限掃描相控陣，它能在方位上提供寬掃描角，在仰角上提供有限的掃描角，有限掃描范圍將大大減少移相器數(shù)目。系統(tǒng)只使用360個二極管移相器，每個移相器控制陣列垂直線上的6個輻射單元。其峰值功率為4KW，平均功率為165W。

該雷達(dá)為單脈沖體制，其饋電網(wǎng)絡(luò)可形成和波束、方位差波束和俯仰差波束，饋電網(wǎng)絡(luò)由空氣帶狀線和波導(dǎo)功分器組成。天線尺寸8×12×2(ft)3。在美國和其他國家和地區(qū)，以裝備了數(shù)十套這種雷達(dá)。

AN/TPQ-37武器定位雷達(dá)(Hughes公司提供)

8、鋪路爪(Pave Paes)雷達(dá)

該雷達(dá)由Raytheon公司研制。它用于提供彈道導(dǎo)彈的預(yù)警，也可實現(xiàn)對衛(wèi)星的跟蹤，它是超高頻(UHF)固態(tài)相控陣?yán)走_(dá)。一套系統(tǒng)包含孔徑相互傾斜120o的兩部雷達(dá)，可提供240o的總觀察范圍，它可檢測到3000英里處的10m2的目標(biāo)。

鋪路爪超高頻固態(tài)相控陣?yán)走_(dá)天線(Raytheon公司提供)

9、丹麥眼鏡蛇(Cobra Dane)雷達(dá)

是Raytheon公司研制的一部龐大的L波段相控陣?yán)走_(dá)，它是為收集國外洲際導(dǎo)彈試驗情報而研制和部署的，其雷達(dá)天線如下圖所示。它有一些與眾不同的特性，它是一種稀疏陣列，直徑為95ft，共有34768個單元，其中15360個單元是有源單元，其余是無源單元。有源單元分成96個子陣，每個子陣有160個輻射器。發(fā)射時由行波管饋電，加到天線上的總峰值功率為15.4MW，其頻帶寬度為200MHz，有2.5ft的距離分辨能力，以探測目標(biāo)的尺寸和形狀。

丹麥眼鏡蛇L波段相控陣?yán)走_(dá)天線(Raytheon公司提供)

10、“朱迪”眼鏡蛇雷達(dá)

是一種獨特的大型相控陣?yán)走_(dá)，由Raytheon公司為美國空軍研制。用以收集國外彈道導(dǎo)彈實驗的數(shù)據(jù)。他安裝在美國艦船“膫望島”的轉(zhuǎn)臺上，如下圖所示。陣列直徑為22.5ft，包含12288個單元，由16個行波管饋電

美國艦船“膫望島”上的“朱迪”眼鏡蛇大型可旋轉(zhuǎn)相控陣?yán)走_(dá)天線

(Raytheon公司提供)

11、空中預(yù)警機雷達(dá)

又叫機載搜索雷達(dá)。最初是為遠(yuǎn)程偵察機探測艦艇研制的，第二次世界大戰(zhàn)后期美海軍研制了幾種機載預(yù)警雷達(dá)，用來探測艦艇雷達(dá)天線探測不到的低空飛行的飛機。在增大對空、對海面目標(biāo)的最大探測距離方面，機載雷達(dá)的優(yōu)勢是顯而易見的。因為海面上高度為100ft的天線，其雷達(dá)視線距離只有12英里，而高度為10000ft的飛機，雷達(dá)視線距離為123英里。

日本神風(fēng)突擊隊的襲擊造成美國多艘哨艦的損失，激發(fā)了機載預(yù)警雷達(dá)的設(shè)想，后來這種系統(tǒng)發(fā)展成為一種用于洲際防空的邊界預(yù)警巡邏機。

下圖為航空母艦的艦載E－2C預(yù)警機。

E－2C預(yù)警機 12、3D雷達(dá)概念

又叫三坐標(biāo)雷達(dá)，這種雷達(dá)可同時測量目標(biāo)的3個基本位置坐標(biāo)(距離，方位和仰角)。3D雷達(dá)是一種警戒雷達(dá)，其天線在方位上機械旋轉(zhuǎn)，以測量目標(biāo)的距離和方位，在仰角上掃描一個或多個波束，或者通過鄰接的固定仰角波束來獲得目標(biāo)的仰角。

按照怎樣形成仰角波束和怎樣在仰角上的掃描波束，3D雷達(dá)可分為堆積多波束雷達(dá)，頻掃雷達(dá)、相掃雷達(dá)，機械掃描雷達(dá)和數(shù)字波束形成雷達(dá)。

13、S713Martello堆積多波束3D雷達(dá)

它是L波段可移動的包含8個波束的堆積多波束雷達(dá)，如下圖所示。其平面陣列高10.6m，寬6.1m，共有60行，每行32個輻射單元，裝有60個接收機用以把接收到的射頻信號下變頻為中頻。方位波束寬度為2.8o，機械旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速為3圈/秒。仰角上，發(fā)射時為余割平方方向圖，覆蓋范圍30 o，接收時形成并處理8個堆積窄波束。發(fā)射峰值功率為3MW，平均功率8KW。這種雷達(dá)為警戒雷達(dá)。對100英里處的小型戰(zhàn)斗機，其測高精度達(dá)1000ft(約300m)。

S713Martello堆積多波束3D雷達(dá)(Marconi公司提供)

14、AN/SPS－52C頻掃3D雷達(dá)

頻率掃描雷達(dá)是指天線輻射波束指向隨頻率改變而改變的雷達(dá)。應(yīng)用于空中監(jiān)視任務(wù)的3D雷達(dá)技術(shù)之一是頻率掃描。頻掃陣列是利用一段波導(dǎo)傳輸線的相位頻率相關(guān)特性來掃描筆形波束。饋電波導(dǎo)在陣列的一側(cè)折疊成蛇形狀，對波導(dǎo)行波陣進(jìn)行耦合饋電，如下圖所示。改變發(fā)射或接收頻率在口徑上產(chǎn)生不同的相位變化剃度，從而使天線輻射波束指向發(fā)射偏轉(zhuǎn)。實際應(yīng)用的頻掃陣列天線如下圖所示的AN/SPS-52C雷達(dá)天線。

頻掃雷達(dá)的測量精度比不上堆積多波束雷達(dá)和相掃單脈沖雷達(dá)。其原因之一是為了控制波束指向需要改變系統(tǒng)工作頻率，從而導(dǎo)致目標(biāo)回波幅度的波動，降低了多波束目標(biāo)回波中可用的目標(biāo)角度信息的質(zhì)量。

具有蛇形波導(dǎo)饋電的波導(dǎo)窄變縫隙陣列及AN/SPS-52C艦載頻掃3D雷達(dá)

(Hughes公司提供)

15、AN/FPS－117相掃3D雷達(dá)

方位上采用機械旋轉(zhuǎn)掃描，仰角上采用相控掃描來進(jìn)行目標(biāo)的三坐標(biāo)定位，是3D雷達(dá)測高技術(shù)中最為靈活的雷達(dá)?？梢院拖鄴哧嚵幸黄鹗褂玫臏y高技術(shù)包括各種相參同時波束轉(zhuǎn)換技術(shù)(單脈沖、和相位干涉等)，以及幅度比較順序波束轉(zhuǎn)換技術(shù)。相控陣?yán)走_(dá)在當(dāng)今武器市場中變得越來越普遍，這要歸因于目標(biāo)和環(huán)境的威脅不斷地升級和變化。

AN/FPS－117固定站固態(tài)相掃3D雷達(dá)(通用電氣公司提供)AN/FPS－117是典型的S波段相掃3D雷達(dá)，如上圖所示。其天線為平面陣列，共有44行帶狀線饋電的水平振子，每行有30個單元。44行中的每一行包含它自己的固態(tài)收發(fā)組件。該收發(fā)組件由峰值功率為1KW的固態(tài)發(fā)射機、集成電源、低噪聲接收機、移相器、收發(fā)開關(guān)和邏輯控制單元組成，且全部安裝在天線上。平面陣列的饋源結(jié)構(gòu)在接收時可產(chǎn)生雙軸單脈沖波束集，即一個和波束與兩個差波束。一個附加的列饋為最低角波束位置提供了特殊的低仰角測高能力。饋源產(chǎn)生一對和波束被小心地放置在某仰角上并作為單脈沖對其進(jìn)行處理，采用此技術(shù)使多路徑的影響為最小。

16、其他雷達(dá)天線

波導(dǎo)寬壁縱縫陣

低副瓣的波導(dǎo)窄壁斜縫陣(機載預(yù)警雷達(dá)天線)

機載雷達(dá)天線及饋電網(wǎng)絡(luò)

機場監(jiān)視雷達(dá)天線及饋電網(wǎng)絡(luò)形式

圓環(huán)陣列天線

多普勒角度掃描縫隙陣列

圓柱形頻率掃描陣列

俯視圖

A方向側(cè)視圖

B方向側(cè)視圖

圓錐共形陣列(單元為直縫、斜縫和橫縫)

俯視圖

A方向側(cè)視圖

B方向側(cè)視圖

圓錐共形陣列(單元為“十”字縫)

彈頭錐體上的“十”字縫隙陣，及單元形式

球形開關(guān)陣列

雙極化C波段微帶貼片天線

八木天線陣列

對稱振子天線陣列

第三篇：相控陣?yán)走_(dá)天線近場多任務(wù)測試系統(tǒng)設(shè)計方法論文

【摘要】針對相控陣?yán)走_(dá)天線近場多任務(wù)測試系統(tǒng)設(shè)計問題，從系統(tǒng)設(shè)計的功能需求進(jìn)行分析，設(shè)計系統(tǒng)層次架構(gòu)與功能模塊等，進(jìn)而構(gòu)建多任務(wù)測試系統(tǒng)，以提高天線近場測試效率。

【關(guān)鍵詞】相控陣?yán)走_(dá);天線;多任務(wù);測試系統(tǒng);設(shè)計方法

近場天線測試系統(tǒng)作為相控陣?yán)走_(dá)天線性能測試的主要手段，該系統(tǒng)隨著相控陣天線技術(shù)的完善，其測試效率也不斷提升?；趹?yīng)用需求，近場天線測試系統(tǒng)實現(xiàn)多任務(wù)測試是發(fā)展的主要趨勢，目前該系統(tǒng)也已經(jīng)被廣泛的推廣應(yīng)用。

一、相控陣?yán)走_(dá)天線概述

相控陣?yán)走_(dá)包括有源電子掃描陣列雷達(dá)、無源電子掃描陣列雷達(dá)，其主要是通過改變天線表面的陣列波束合成形式，進(jìn)而改變波束掃描方向的雷達(dá)。此類型的雷達(dá)天線的偵測范圍較為廣泛，利用電子掃描，能夠快速的改變波束方向，精準(zhǔn)的測量目標(biāo)信號。

二、近場天線測試系統(tǒng)建設(shè)功能需求分析

近場天線測試系統(tǒng)設(shè)計，需要做好軟件需求分析，此系統(tǒng)功能需求如下：1）要能夠滿足全測試周期可配置，以及軟件通用化需求。此功能需求的實現(xiàn)，責(zé)任需要構(gòu)建眾多數(shù)據(jù)源輸入接口，配置通信協(xié)議以及軟件界面等，面向各類相控陣天線測試，進(jìn)而達(dá)到通用化需求目標(biāo)。2）實現(xiàn)多任務(wù)測試。相控陣?yán)走_(dá)天線的不斷發(fā)展，使得傳統(tǒng)的單任務(wù)測試方法，已經(jīng)難以滿足天線測試需求，基于此進(jìn)行多任務(wù)測試方法設(shè)計，在測試探頭單獨掃描條件下，采取高密度測試方法，即多個頻率與波束等，實現(xiàn)高效測試。

三、相控陣?yán)走_(dá)天線近場多任務(wù)測試系統(tǒng)設(shè)計方法

多任務(wù)測試系統(tǒng)主要是利用軟件，進(jìn)行測試參數(shù)預(yù)設(shè)，包括測試頻率、波束角度、掃描架運用范圍等。利用數(shù)據(jù)處理軟件，進(jìn)行分解轉(zhuǎn)換測試，計算各采樣點數(shù)據(jù)，獲取天線方向圖性能參數(shù)，最后顯示圖像。3.1架構(gòu)設(shè)計方法相控陣?yán)走_(dá)天線近場多任務(wù)測試系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計，其是基于構(gòu)件化設(shè)計思想，利用軟件構(gòu)成元素，由標(biāo)準(zhǔn)接口負(fù)責(zé)提供特定服務(wù)，以支持系統(tǒng)開發(fā)。系統(tǒng)架構(gòu)中的構(gòu)件庫，主要分為數(shù)據(jù)采集類、三維掃描控制補償類、方向圖與數(shù)據(jù)處理類，構(gòu)件存在形式為COM、dll等，使用構(gòu)件管理工具，則能夠進(jìn)行動態(tài)加載與管理，進(jìn)而在系統(tǒng)開發(fā)過程中，進(jìn)行構(gòu)件注冊與復(fù)制，實現(xiàn)版本控制。利用GetTypes靜態(tài)方法，來獲取Assembly內(nèi)的構(gòu)件類型，判斷構(gòu)件類型，看其是否為構(gòu)件接口所派生的，若是則運用Activator動態(tài)方法，即CreateInstan函數(shù)，來獲取構(gòu)件，實現(xiàn)動態(tài)加載[1]。3.2多任務(wù)設(shè)計方法相控陣?yán)走_(dá)天線近場多任務(wù)測試系統(tǒng)設(shè)計時，需要進(jìn)行多任務(wù)設(shè)計。相控陣天線的各波束狀態(tài)，主要是天線波控分系統(tǒng)控制，天線接收波控指令包，由波控分系統(tǒng)進(jìn)行分解處理，對天線上的波束掃描進(jìn)行控制。近場天線多任務(wù)測試設(shè)計，其核心思想是實現(xiàn)天線實時掃面測試，同時控制天線頻率與波束等的切換，進(jìn)而實現(xiàn)實時同步切換。多任務(wù)測試系統(tǒng)運行的過程中會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，因此為了避免數(shù)據(jù)訪問沖突，則采取創(chuàng)建多線程的方法，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，將其分為數(shù)據(jù)處理與顯示型、接收機測試型、伺服控制型線程。線程創(chuàng)建后，將會獨立運行，各線程將會在其自身的時間段內(nèi)，使用CPU，實現(xiàn)輪流執(zhí)行與并發(fā)執(zhí)行。3.3系統(tǒng)接口設(shè)計方法相控陣?yán)走_(dá)天線近場多任務(wù)測試系統(tǒng)功能實現(xiàn)，數(shù)據(jù)源要與數(shù)據(jù)服務(wù)層實現(xiàn)交互，同時還需要確保數(shù)據(jù)服務(wù)層和客戶端實現(xiàn)交互。天線近場測試系統(tǒng)主要是利用數(shù)據(jù)源插件，來封裝底層API驅(qū)動或者通訊協(xié)議，基于標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)，形成動態(tài)鏈接庫，以實現(xiàn)測試的實時性。系統(tǒng)數(shù)據(jù)服務(wù)層的功能為插件容器，當(dāng)系統(tǒng)運行時能夠?qū)崿F(xiàn)快速配置查找，動態(tài)的將插件放入系統(tǒng)構(gòu)架中，或者從構(gòu)架中取出，實現(xiàn)系統(tǒng)功能配置。利用TCP網(wǎng)絡(luò)通信，實現(xiàn)數(shù)據(jù)服務(wù)層和客戶端的信息交互，用戶可以登錄賬號，通過身份驗證后，完成界面文件下載，由客戶端負(fù)責(zé)發(fā)送TCP連接請求，基于通訊協(xié)議，進(jìn)而實現(xiàn)交互。3.4控制器設(shè)計相控陣?yán)走_(dá)天線近場多任務(wù)測試系統(tǒng)控制器設(shè)計，主要包括雷控信號仿真電路、GPIB接口電路、信號轉(zhuǎn)換電路與電源等。系統(tǒng)運行前，控制器通過GPIB接口電路，來接收系統(tǒng)中心的指令，記錄測試所需要的頻率碼與波位碼等，將其傳送給雷控信號仿真電路，基于定時協(xié)議，實現(xiàn)解碼與緩存。開始測試后，信號電路接收外觸發(fā)信號，基于各測試點，將雷控與定時信號傳送給天線，實現(xiàn)波位切換，同時而仿真電路能夠和雷控信號、定時信號協(xié)調(diào)發(fā)出信號。最后協(xié)調(diào)控制天線測試所需要的各種信號，實現(xiàn)多任務(wù)測試[2]。3.3結(jié)束語相控陣?yán)走_(dá)天線近場多任務(wù)測試系統(tǒng)設(shè)計，需要合理設(shè)計系統(tǒng)架構(gòu)，以及多任務(wù)測試功能、接口設(shè)計等，以確保系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)多任務(wù)測試與可拓展性，提高天線測試的效率。

參考文獻(xiàn)

[1]樊會濤,閆俊.相控陣制導(dǎo)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及展望[J].航空學(xué)報,2015（09）:2807-2814.[2]金林,劉小飛,李斌,劉明罡,高暉.微波新技術(shù)在現(xiàn)代相控陣?yán)走_(dá)中的應(yīng)用與發(fā)展[J].微波學(xué)報,2013（Z1）:8-16.

第四篇：無線通信產(chǎn)品FCC認(rèn)證及測試方法介紹

無線通信產(chǎn)品FCC認(rèn)證及測試方法介紹

凡進(jìn)入美國的通信電子類產(chǎn)品都需要進(jìn)行FCC認(rèn)證，即通過由FCC直接或者間接授權(quán)的實驗室根據(jù)FCC技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測和批準(zhǔn)。

1、FCC認(rèn)證申請的基本要求

FCC對無線通信產(chǎn)品的要求主要包含在CFRTitle47的Part2和Part24兩部分中，而工作在1920MHz-1930MHz頻段的個人通信業(yè)務(wù)（PCS）相關(guān)的設(shè)備則在Part15的subpartD中作了規(guī)定，其他相關(guān)信息如費用要求、管理要求等則在Part0和Part1中描述。

基本申請信息

申請人需要準(zhǔn)備的基本信息主要包括三類：申請人及申請產(chǎn)品的基本信息、產(chǎn)品規(guī)格和認(rèn)證信息。申請人必須清晰、明確地回答有關(guān)問題，對不屬于申請范圍的內(nèi)容要明確標(biāo)注。基本信息通過網(wǎng)絡(luò)以電子文檔的形式提交給FCC。

基本信息

這些信息包括如下幾方面：

（1）申請人的基本信息，如完整的法人名稱、FCC注冊碼、通信地址、聯(lián)系人信息等。對美國以外的國家或地區(qū)的申請人，可以直接獲取FCC的產(chǎn)品授權(quán)，也可以指定由美國國內(nèi)的代理人來獲取產(chǎn)品授權(quán)。FCC要求申請人提供的聯(lián)系人分為技術(shù)相關(guān)的聯(lián)系人和法律、經(jīng)濟等非技術(shù)相關(guān)的聯(lián)系人。

（2）申請人代碼及產(chǎn)品代碼。

（3）保密信息，即確定申請中涉及的信息是否有保密要求。如果不作保密要求，則其他人也可以看到申請中的相關(guān)信息，有時候這可能會造成產(chǎn)品關(guān)鍵信息的泄漏。因此從考慮申請人技術(shù)保密的要求出發(fā)，F(xiàn)CC允許申請人提出對部分或全部信息實行保密的要求。

（4）延遲發(fā)布產(chǎn)品授權(quán)信息，即確定產(chǎn)品授權(quán)是否需要延遲。出于某些原因（如保密等），申請人可以選擇一個產(chǎn)品授權(quán)生效日期，在這個日期之前，所有申請信息將被保密。

（5）確定申請產(chǎn)品的類別。對于無線通信產(chǎn)品，一般屬于PCB，PCE或者PUB等，視具體產(chǎn)品而定。

（6）說明申請類別。申請可以是針對新產(chǎn)品的申請。也可以是已獲得授權(quán)的產(chǎn)品的FCCID、第Ⅱ類或者第Ⅲ類的變更申請。

（7）對于復(fù)合產(chǎn)品及作為其他復(fù)雜系統(tǒng)組成部分的產(chǎn)品，還需要確定除本申請之外的其他相關(guān)認(rèn)證要求。

（8）提供測試實驗室的信息。FCC網(wǎng)站上列出了所有具有FCC測試資質(zhì)的實驗室名稱，因此申請人所提供的測試實驗室也只能是表單上的某一家。

產(chǎn)品規(guī)格

提交申請時，必須對產(chǎn)品的規(guī)格做最基本的說明，包括產(chǎn)品工作的頻率范圍、額定輸出功率、頻率容限、發(fā)射類型、微處理器型號、產(chǎn)品所依據(jù)的法規(guī)、產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化描述等。對發(fā)射類型的說明，F(xiàn)CC要求用三字符方法，即用已定義好的三個代表字符和表示方法，說明調(diào)制類型、信號特性和傳輸?shù)男畔⒌念愋?，并說明發(fā)射的占用帶寬和必要帶寬。占用帶寬是指發(fā)射的總平均功率的99%所占用的帶寬，且要求最低頻率以下和最高頻率以上部分所占的功率均為0.5%，對于多信道頻率分割系統(tǒng)，此規(guī)定可以按有效性原則進(jìn)行處理。必要帶寬指在確保傳輸信息的速率和質(zhì)量要求的前提下，占用帶寬的最小值，其表示方法也遵循一套規(guī)定的體系。最后還必須對產(chǎn)品的一些重要特征進(jìn)行描述。FCC規(guī)定了一系列標(biāo)準(zhǔn)化的描述語句，申請人以此為參考對申請的產(chǎn)品進(jìn)行描述。

以上的這些信息必須在72小時內(nèi)提交，否則，所有的相關(guān)信息將會被系統(tǒng)刪除，下次申請時需重新提交所有的信息。確認(rèn)信息

確認(rèn)信息是一份確認(rèn)書，即申請人對所有申請的信息的真實性進(jìn)行最后的確認(rèn)。如果提交的信息中，存在弄虛作假成分，申請人將會受到罰款、監(jiān)禁、撤銷執(zhí)照、沒收等處罰。申請人還要承諾滿足管制藥物相關(guān)的規(guī)定。

技術(shù)報告

申請人除了提供基本信息外，還必須提供一份技術(shù)報告。技術(shù)報告中至少應(yīng)包含以下內(nèi)容：

（1）產(chǎn)品制造商和認(rèn)證申請人的名稱和地址。

（2）FCCID。

（3）最終產(chǎn)品的安裝和操作說明書。對于還處于原型機階段的產(chǎn)品，如果暫時還不能提供最終的說明書，可以先提供草案，待完善之后再提供正式的說明書。

（4）發(fā)射類型及頻率范圍。

（5）正常工作時的功率值范圍，或者功率級，以及相應(yīng)法規(guī)規(guī)定的限值。如果功率是可調(diào)的，還要說明調(diào)節(jié)方法。

（6）正常工作時，饋入到射頻放大電路的電壓和電流值，并說明在正常功率或特定功率級范圍內(nèi)功率值的調(diào)節(jié)程序。

（7）所有與確定并穩(wěn)定頻率、抑制雜散、調(diào)制信號和限制功率相關(guān)的電路和元器件的電路圖及相應(yīng)原理的說明。

（8）產(chǎn)品標(biāo)識或者標(biāo)簽的照片或者圖片。

（9）產(chǎn)品照片，包括各種視角及內(nèi)、外部結(jié)構(gòu)，要求照片的尺寸為8×10英寸，并且最好在拍照時輔以尺子以說明產(chǎn)品的幾何尺寸。外部的照片要能夠清楚地顯示出產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、布局、控制鍵及按鈕等；內(nèi)部照片要能夠反映出產(chǎn)品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、元器件的位置和框架結(jié)構(gòu)等。如果說明書中已包含這些照片且說明書已提交給FCC。則技術(shù)報告中可以只包含必要的補充說明。

（10）對采用數(shù)字調(diào)制技術(shù)的產(chǎn)品，報告中必須詳細(xì)說明調(diào)制系統(tǒng)的特征，包括濾波器的頻率與相位、幅度的響應(yīng)特征和產(chǎn)品在最大額定功率下工作時的調(diào)制波形。

（11）相關(guān)性能指標(biāo)的測試方法和結(jié)果，這將在下一部分說明。

2、性能指標(biāo)的測試方法

向FCC提交的技術(shù)報告中，包括了射頻輸出功率、調(diào)制特征、占用帶寬、天線端口的雜散發(fā)射、雜散輻射場強、頻率穩(wěn)定性和頻譜特征等方面的性能指標(biāo)，F(xiàn)CC法規(guī)原則上規(guī)定了每種性能指標(biāo)的限值和測試要求，這里僅對相應(yīng)的測試方法做簡單的介紹。

射頻輸出功率

按照功率的調(diào)節(jié)程序，調(diào)節(jié)饋入到射頻放大電路的電壓和電流值，使其處于最大額定功率發(fā)射狀態(tài)，并在射頻輸出端口加上合適的負(fù)載，從而測試得最大射頻輸出功率。對不同的發(fā)射類型，功率調(diào)節(jié)的方法將會有所不同，在技術(shù)報告中應(yīng)對此作詳細(xì)說明。

調(diào)制特征

（1）對語音調(diào)制的通信產(chǎn)品，需測定100-5000Hz頻率范圍內(nèi)音頻調(diào)制電路的頻率響應(yīng)曲線。如果產(chǎn)品使用了音頻低通濾波器，還要測定該音頻濾波器的頻率響應(yīng)曲線。

（2）對采用調(diào)制限制處理的產(chǎn)品，需測定在整個調(diào)制的頻率和信號功率級范圍內(nèi)的調(diào)制百分比—輸入電壓的關(guān)系曲線。

（3）對采用限制峰值包絡(luò)功率電路的單邊帶、獨立邊帶的無線電話發(fā)射機，需測定峰值包絡(luò)輸出功率—輸入電壓之間的關(guān)系曲線。

（4）其他類型的產(chǎn)品將根據(jù)申請的認(rèn)證類型及相應(yīng)的法規(guī)進(jìn)行處理。

占用帶寬 測量占用帶寬時，對采用不同調(diào)制方式的產(chǎn)品，測量方法將有所不同，但基本原則是選擇典型業(yè)務(wù)模式下調(diào)制信號具有最大幅度的情況來進(jìn)行測試，并且在報告中對輸入的調(diào)制信號做詳細(xì)說明。

天線端口的雜散發(fā)射

除了產(chǎn)品有用頻點處的射頻功率或電壓外，還需要對無用的雜散頻率進(jìn)行測量。測量時，可以在天線輸出端口加上合適的假天線；諧波和一些比較顯著的雜散發(fā)射點需要重點關(guān)注。

雜散輻射場強

該項測試主要檢測產(chǎn)品機殼端口、控制電路模塊和電源端口的諧波和一些較顯著的雜散發(fā)射頻點的場強。工作頻率低于890MHz的產(chǎn)品，測量需要在開闊場或者電波暗室中進(jìn)行。對于現(xiàn)場測試，需要對測量現(xiàn)場附近的射頻源及明顯的反射物體做詳細(xì)的調(diào)查分析與說明。

頻率穩(wěn)定性

需要考查的頻率穩(wěn)定性包括環(huán)境溫度和輸入電壓變化時，產(chǎn)品頻率確定和穩(wěn)定電路的頻率的變化情況，在特殊情況下，還可能包括產(chǎn)品配用不同的天線或在較大的金屬物體附近移動時的頻率穩(wěn)定性。

溫度變化的范圍是-30℃～+50℃，測量的溫度間隔不大于10℃。測量每個溫度點的頻率時，都需要等待足夠長的時間以使諧振電路相關(guān)的元件達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。

電壓變化的范圍是額定工作電壓的85%～115%，對依靠電池工作的便攜產(chǎn)品，最低電壓可以是截止電壓。

頻譜特征

對雜散發(fā)射和輻射場強評估和測量的頻譜范圍，將依據(jù)產(chǎn)品的工作頻率來確定。進(jìn)行頻譜特征研究的最低頻率可以選擇產(chǎn)品實際使用的最低頻率點；如果最低頻率低于9kHz，則選擇9kHz作為研究的最低頻率點。最高頻率的選擇遵循以下原則：

（1）對于工作頻率在10GHz以下的產(chǎn)品，選擇最高基頻的10次諧波作為評估的最高頻率，如果10次諧波的頻率大于40GHz，則選擇40GHz作為評估的最高頻率。

（2）對于工作頻率在10GHz和30GHz之間的產(chǎn)品，選擇最高基頻的5次諧波作為評估的最高頻率，如果5次諧波的頻率大于100GHz，則選擇100GHz作為評估的最高頻率。

（3）對于工作頻率在30GHz以上的產(chǎn)品，選擇最高基頻的5次諧波作為評估的最高頻率，如果5次諧波的頻率大于200GHz，則選擇200GHz作為評估的最高頻率。

第五篇：材料測試方法 復(fù)習(xí)題

1．材料微觀結(jié)構(gòu)和成分分析可以分為哪幾個層次？分別可以用什么方法分析？

化學(xué)成分分析（元素分析）：譜學(xué)法：①常規(guī)方法（平均成分）：濕化學(xué)法、光譜分析法②先進(jìn)方法（種類、濃度、價態(tài)、分布）：電子探針、俄歇電子能譜、光電子能譜、X射線熒光光譜等 晶體結(jié)構(gòu)分析（物相分析）：衍射法：主要包括X射線衍射、電子衍射、中子衍射、射線衍射等；

顯微結(jié)構(gòu)分析（顯微形貌分析）：顯微法：主要包括光學(xué)顯微鏡、透射電子顯微鏡、掃描電子顯微鏡、掃描隧道顯微鏡、原子力顯微鏡、場離子顯微鏡等； 2．X射線與物質(zhì)相互作用有哪些現(xiàn)象和規(guī)律？利用這些現(xiàn)象和規(guī)律可以進(jìn)行哪些科學(xué)研究工作，有哪些實際應(yīng)用？（說出三種以上分析方法及原理）3．電子與物質(zhì)相互作用有哪些現(xiàn)象和規(guī)律？利用這些現(xiàn)象和規(guī)律可以進(jìn)行哪些科學(xué)研究工作，有哪些實際應(yīng)用？（說出四種以上分析方法及原理）4．什么是（主）共振線、分析線、靈敏線、最后線？

共振線：是指電子在基態(tài)與任一激發(fā)態(tài)之間直接躍遷所產(chǎn)生的譜線。

主共振線：電子在基態(tài)與最低激發(fā)態(tài)之間躍遷所產(chǎn)生的譜線則稱為主共振線。靈敏線：原子光譜中最容易產(chǎn)生的譜線，一般主共振線即為靈敏線

最后線：當(dāng)樣品中某元素的含量逐漸減少時，最后仍能觀察到的幾條譜線。它也是該元素的最靈敏線。5．原子發(fā)射光譜定性分析基本原理和定量分析的依據(jù)及定性、定量分析方法。特點：最大特點是可以獲得豐富的化學(xué)信息，它對樣品的損傷是最輕微的，定量也是最好的。

(1)可以分析除H和He以外的所有元素，可以直接得到電子能級結(jié)構(gòu)的信息。(2)它提供有關(guān)化學(xué)鍵方面的信息，即直接測量價層電子及內(nèi)層電子軌道能級，而相鄰元素的同種能級的譜線相隔較遠(yuǎn)，互相干擾少，元素定性的標(biāo)志性強。(3)是一種無損分析。

(4)是一種高靈敏超微量表面分析技術(shù)。分析所需試樣約10g即可，絕對靈敏

度高達(dá)10g，樣品分析深度約2 nm。

它的缺點是由于X射線不易聚焦，因而照射面積大，不適于微區(qū)分析。

XPS中的化學(xué)位移作用：由于原子處于不同的化學(xué)環(huán)境里而引起的結(jié)合能位移稱為化學(xué)位移。原子核附近的電子受核的引力和外層價電子的斥力，當(dāng)失去價電子而氧化態(tài)升高時，電子與原子核的結(jié)合能增加，射出的光電子動能減小?；瘜W(xué)位移的量值與價電子所處氧化態(tài)的程度和數(shù)目有關(guān)。氧化態(tài)愈高，則化學(xué)位移愈大。這種化學(xué)位移與氧化態(tài)有關(guān)的現(xiàn)象，在其他化合物中也是存在的，利用這一信息可研究化合物的組成。

13． 俄歇電子能譜分析的原理、應(yīng)用及特點。原理：原子K層電子被擊出，L層電子（L2）向K層躍遷，其能量差ΔE=EK-EL2可能不是以產(chǎn)生一個K系X射線光量子的形式釋放，而是被鄰近的電子（L2）所吸收，使這個電子受激發(fā)而成為自由電子，這就是俄歇效應(yīng)，這個自由電子就稱為俄歇電子。，俄歇電子的能量與參與俄歇過程的三個能級能量有關(guān)。定性分析：基本原理：如果樣品中有某些元素存在，那么只要在合適的激發(fā)條件下，樣品就會輻射出這些元素的特征譜線，在感光板的相應(yīng)位置上就會出現(xiàn)這些譜線。檢出某元素是否存在，必須有2條以上不受干擾的最后線與靈敏線。分析方法：常采用攝譜法，通過比較試樣光譜與純物質(zhì)光譜或鐵光譜來確定元素的存在。即標(biāo)準(zhǔn)試樣光譜比較法和鐵光譜比較法

定量分析：依據(jù)：lg I

? b lg

c ?

lg

A

據(jù)此式可以繪制 lg

I ? lg

c

校準(zhǔn)曲線，進(jìn)行定量分析。分析方法：校正曲線法和標(biāo)準(zhǔn)加入法6．

原子吸收光譜的基本原理與分析方法。

基本原理：當(dāng)入射輻射的能量等于原子中的電子由基態(tài)躍遷到較高能態(tài)所需要的能量時，原子就要從輻射場中吸收能量，產(chǎn)生共振吸收，電子由基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，同時伴隨著原子吸收光譜的產(chǎn)生。由于各元素的原子結(jié)構(gòu)和外層電子的排布不同，元素從基態(tài)躍遷至第一激發(fā)態(tài)時吸收的能量不同，因而各元素的共振吸收線具有不同的特征。原子吸收光譜位于紫外區(qū)和可見區(qū)。分析方法：標(biāo)準(zhǔn)曲線法和標(biāo)準(zhǔn)樣加入法7．

紅外光譜分析的基本原理、方法及應(yīng)用。

基本原理：分子的振動具有一些特定的分裂的能級。當(dāng)用紅外光照射物質(zhì)時，該物質(zhì)結(jié)構(gòu)中的質(zhì)點會吸收一部分紅外光的能量。引起質(zhì)點振動能量的躍遷，從而使紅外光透過物質(zhì)時發(fā)生了吸收而產(chǎn)生紅外吸收光譜。被吸收的特征頻率取決于物質(zhì)的化學(xué)成分和內(nèi)部結(jié)構(gòu)。每一種具有確定化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)特征的物質(zhì)，都應(yīng)具有特征的紅外吸收譜圖（譜帶位置、譜帶數(shù)目、譜帶寬度、譜帶強度）等。當(dāng)化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)特征不同時，其特征吸收譜圖也就發(fā)生了變化。方法：根據(jù)紅外光譜的特征吸收譜圖對物質(zhì)進(jìn)行分析鑒定工作，按其吸收的強度來測定它們的含量。應(yīng)用：1）、有機化學(xué)領(lǐng)域，無機化合物、礦物的紅外鑒定；2）、利用紅外光譜可以測定分子的鍵長、鍵角大小，并推斷分子的立體構(gòu)型，或根據(jù)所得的力常數(shù)，間接得知化學(xué)鍵的強弱，也可以從簡正振動頻率來計算熱力學(xué)函數(shù)等；3）、主要用途：對物質(zhì)作定性分析和定量分析。8．

拉曼光譜分析的基本原理及應(yīng)用。什么斯托克斯線和反斯托克斯線？什么是拉曼位移？

基本原理：按照量子理論，光的散射是光量子與分子碰撞的結(jié)果；分為：彈性散射和非彈性散射。

彈性散射：光量子與分子不交換能量，因而光量子的能量和頻率保持不變。非彈性散射：光量子與分子之間有能量交換。有兩種情況：（1）分子處于基態(tài)振動能級，與光子碰撞后，從光子中獲取能量達(dá)到較高的能級。若與此相應(yīng)的躍遷能級有關(guān)的頻率是ν1，那么分子從低能級躍到高能級從入射光中得到的能量為hν1，而散射光子的能量要降低到hν0-hν1，頻率降低為ν0-ν1。（2）分子處于振動的激發(fā)態(tài)上，并且在與光子相碰時可以把hν1的能量傳給光子，形成一條能量為hν0+hν1和頻率為ν0+ν1的譜線。

通常把低于入射光頻的散射線ν0-ν1稱為斯托克斯線。高于入射光頻的散射線ν0+ν1稱為反斯托克斯線。ν1稱為拉曼位移，拉曼位移的大小取決于分子振動躍遷能級差。9．

X射線熒光光譜定性、定量分析的基本原理，什么是基本體吸收效應(yīng)？如何消除？

定性分析——根據(jù)波長或能量確定成分；定量分析——根據(jù)強度確定成分含量。基本體吸收效應(yīng)：試樣的吸收系數(shù)與其成分有關(guān)，當(dāng)試樣的化學(xué)成分變化時，其吸收系數(shù)也隨之改變。

元素A的熒光X射線強度不但與元素A的含量有關(guān)，還與試樣內(nèi)其他元素的種類和含量有關(guān)。

吸收包括兩部分：一次X射線進(jìn)入試樣時所受的吸收和熒光X射線從試樣射出時所受的吸收。

吸收的多少與X射線的波長和試樣中各元素的含量、吸收系數(shù)及其吸收限有關(guān)。采用實驗校正法、數(shù)學(xué)校正法消除10．

波譜儀與能譜儀的展譜原理及特點。11． XPS的分析原理是什么？

XPS的測量原理是建立在Einstein光電效應(yīng)方程基礎(chǔ)上的，光電子動能為：Ec =hv-EB-(-w)式中hv和-w是已知的，Ec可以用能量分析器測出，于是EB就知道了。同種元素的原子，不同能級上的電子EB不同，所以在相同的hv和-w下，同一元素會有不同能量的光電子，在能譜圖上，就表現(xiàn)為不止一個譜峰。其中最強而又最易識別的就是主峰，主要用主峰來進(jìn)行分析。不同元素，元素各支殼層的EB具有特定值，所以用能量分析器分析光電子的Ec，便可得出EB，對材料進(jìn)行表面分析。12．

XPS的應(yīng)用及特點，XPS中的化學(xué)位移有什么用？

X射線光電子能譜主要應(yīng)用：分析表面化學(xué)元素的組成、化學(xué)態(tài)及其分布，特別是原子的價態(tài)、表面原子的電子密度、能級結(jié)構(gòu)。即元素定性分析（元素以及該元素原子所處的化學(xué)狀態(tài)）、定量分析、化合物結(jié)構(gòu)鑒定、表面分析、深度分布分析

ΔE=EK-EL2-EL2 能量是特定的，與入射X射線波長無關(guān)，僅與產(chǎn)生俄歇效應(yīng)的物質(zhì)的元素種類有關(guān)。

應(yīng)用：1）材料表面偏析、表面雜質(zhì)分布、晶界元素分析；2）金屬、半導(dǎo)體、復(fù)合材料等界面研究；

3）薄膜、多層膜生長機理的研究；4）表面的力學(xué)性質(zhì)（如摩擦、磨損、粘著、斷裂等）研究；

5）表面化學(xué)過程（如腐蝕、鈍化、催化、晶間腐蝕、氫脆、氧化等）研究；6）集成電路摻雜的三維微區(qū)分析；7）固體表面吸附、清潔度、沾染物鑒定等。特點：1）作為固體表面分析法，其信息深度取決于俄歇電子逸出深度（電子平均自由程）。對于能量為50eV-2keV范圍內(nèi)的俄歇電子，逸出深度為0.4-2nm，深度分辨率約為l nm，橫向分辨率取決于入射束斑大小。2）可分析除H、He以外的各種元素。3）對于輕元素C、O、N、S、P等有較高的分析靈敏度。4）可進(jìn)行成分的深度剖析或薄膜及界面分析。14．

掃描隧道顯微鏡基本原理及特點、工作方式。

基本原理：量子力學(xué)認(rèn)為：電子波函數(shù)ψ向表面?zhèn)鞑ィ龅竭吔?，一部分被反射（ψR），而另一部分則可透過邊界（ψT），從而形成金屬表面上的電子云。粒子可以穿過比它能量更高的勢壘，這個現(xiàn)象稱為隧道效應(yīng)。尖銳金屬探針在樣品表面掃描，利用針尖-樣品間納米間隙的量子隧道效應(yīng)引起隧道電流與間隙大小呈指數(shù)關(guān)系，獲得原子級樣品表面形貌特征圖象。

特點：1）STM結(jié)構(gòu)簡單。2）其實驗可在多種環(huán)境中進(jìn)行：如大氣、超高真空或液體（包括在絕緣液體和電解液中）。3）工作溫度范圍較寬，可在mK到1100K范圍內(nèi)變化。這是目前任何一種顯微技術(shù)都不能同時做到的。4）分辨率高，掃描隧道顯微鏡在水平和垂直分辨率可以分別達(dá)到0.1nm和0.01nm。因此可直接觀察到材料表面的單個原子和原子在材料表面上的三維結(jié)構(gòu)圖像。5）在觀測材料表面結(jié)構(gòu)的同時，可得到材料表面的掃描隧道譜（STS），從而可以研究材料表面化學(xué)結(jié)構(gòu)和電子狀態(tài)。6）不能探測深層信息，無法直接觀察絕緣體。工作方式：恒電流模式：掃描時，在偏壓不變的情況下，始終保持隧道電流恒定；

恒高模式：始終控制針尖在樣品表面某一水平高度上掃描，隨樣品表面高低起伏，隧道電流不斷變化。15．

原子力顯微鏡工作原理及應(yīng)用。

工作原理：原子力顯微鏡是一種類似于掃描隧道顯微鏡的顯微技術(shù)，它的儀器構(gòu)成（機械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)）在很大程度上與掃描隧道顯微鏡相同。如用三維壓電掃描器，反饋控制器等。它們的主要不同點是掃描隧道顯微鏡檢測的是針尖和樣品間的隧道電流，而原子力顯微鏡檢測的是針尖和樣品間的力。

應(yīng)用：原子力顯微鏡對所分析樣品的導(dǎo)電性無要求，已成為表面科學(xué)研究的重要手段，在金屬、無機、半導(dǎo)體、電子、高分子等材料中得到了廣泛應(yīng)用。

（一）幾十到幾百納米尺度的結(jié)構(gòu)特征研究

（二）原子分辨率下的結(jié)構(gòu)特征研究

（三）在液體環(huán)境下成像對材料進(jìn)行研究

（四）測量、分析表面納米級力學(xué)性能（吸附力、彈性、塑性、硬度、粘著力、摩擦力等)

（五）實現(xiàn)對樣品表面納米加工與改性16．

什么是離子探針？離子探針的特點。

離子探針微區(qū)分析儀，簡稱離子探針。在功能方面離子探針與電子探針類似，只是以離子束代替電子束，以質(zhì)譜儀代替X射線分析器。利用細(xì)小的高能（能量為1~20keV）離子束照射在樣品表面，激發(fā)出正、負(fù)離子（二次離子）； 利用質(zhì)譜儀對這些離子進(jìn)行分析，測量離子的質(zhì)荷比（m/e）和強度，確定固體表面所含元素的種類及其含量。

特點：1）可作同位素分析；2）可對幾個原子層深度的極薄表層進(jìn)行成分分析。利用離子束濺射逐層剝離，得到三維的成分信息；3）一次離子束斑直徑縮小至微米量級時，可拍攝特定二次離子的掃描圖像。并可探測極微量元素（50ppm）；417）可高靈敏度地分析包括氫、鋰在內(nèi)的輕元素，特別是可分析氫。．

場離子顯微鏡的成像原理。

當(dāng)成像氣體進(jìn)入容器后，受到自身動能的驅(qū)使會有一部分達(dá)到陽極附近，在極高的電位梯度作用下氣體原子發(fā)生極化，即使中性原子的正、負(fù)電荷中心分離而成為一個電偶極子。

極化原子被電場加速撞擊樣品表面，氣體原子在針尖表面作連續(xù)的非彈性跳動。盡管樣品的尖端表面呈半球形，可是由于原子的不可分性使得這一表面實質(zhì)上是由許多原子平面的臺階所組成，處于臺階邊緣的原子總是突出于平均的半球形表面而具有更小的曲率半徑，在其附近的場強亦更高。

當(dāng)彈跳中的極化原子陷入突出原子上方某一距離（約0.4nm）的高場區(qū)域時，若氣體原子的外層電子能態(tài)符合樣品中原子的空能級能態(tài)，該電子將有較高的幾率通過“隧道效應(yīng)”而穿過表面位壘進(jìn)入樣品，從而使成像氣體原子變?yōu)檎x子——場致電離。

此時，成像氣體的離子由于受到電場的加速而徑向地射出，當(dāng)它們撞擊觀察熒光屏?xí)r，即可激發(fā)光信號。18．

什么是穆斯堡爾效應(yīng)？穆斯堡爾譜的應(yīng)用。無反沖核γ射線發(fā)射和共振吸收現(xiàn)象稱為穆斯堡爾效應(yīng)。原子核（發(fā)射體）從激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)，發(fā)射出具有能量為 E（能級差）的 γ 光子.這一γ光子在通過同種元素處于基態(tài)的原子核（吸收體）時，將被原子核吸收。吸收體中的原子核吸收了γ光子的能量便可躍遷到激發(fā)態(tài)，這就是原子核的共振吸收。

應(yīng)用：

（一）分析化學(xué)的工具。可用于測定礦石、合金和廢物中的總含鐵量和總含錫量。

（二）在金屬材料研究中的應(yīng)用。穆斯堡爾核作為試探原子，能獲得原子尺度內(nèi)微觀結(jié)構(gòu)的信息，是研究鋼的淬火、回火，有序-無序轉(zhuǎn)變、時效析出、固溶體分解等過程的動力學(xué)，晶體學(xué)和相結(jié)構(gòu)等問題的有效工具。

（三）磁性材料研究?？捎糜谂袛喔鞣N磁性化合物結(jié)構(gòu)的有效手段。可用于測定反鐵磁性的奈爾點、居里點和其它各種類型的磁轉(zhuǎn)變臨界點；也可用于測定易磁化軸，研究磁性材料中的非磁性相。

（四）生物學(xué)和生物化學(xué)的應(yīng)用。可用于研究包括紅血蛋白、肌紅蛋白、氧化酶、過氧化酶、鐵氧還原蛋白和細(xì)胞色素等范圍極廣的含鐵蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和反應(yīng)機理研究。

（五）地質(zhì)、考古方面，穆斯堡爾譜學(xué)也是一種有用的“指紋”工具。19． 核磁共振的基本原理及共振條件。20． DTA的基本原理，DTA在材料研究中有什么用處？

原理：在程序控制溫度下，測量物質(zhì)與參比物（基準(zhǔn)物）的溫度差隨時間或溫度變化。當(dāng)試樣發(fā)生任何物理或化學(xué)變化時，所釋放或吸收的熱量使樣品溫度高于或低于參比物的溫度，從而相應(yīng)地在差熱曲線上得到放熱或吸熱峰。

用處：

1、凡是在加熱（或冷卻）過程中，因物理-化學(xué)變化而產(chǎn)生熱效應(yīng)的物質(zhì)，均可利用差熱分析法加以研究。合金相圖的建立、玻璃及陶瓷相態(tài)結(jié)構(gòu)的變化、非晶晶化動力學(xué)的研究、凝膠材料燒結(jié)進(jìn)程研究

2、可用于部分化合物的鑒定

3、依據(jù)差熱分析曲線特征，如各種吸熱與放熱峰的個數(shù)、形狀及位置等，可定性分析物質(zhì)的物理或化學(xué)變化過程，還可依據(jù)峰面積半定量地測定反應(yīng)熱。21． 影響差熱曲線形態(tài)的因素主要有哪些？

（一）實驗條件的影響1．升溫速率的影響。程序升溫速率主要影響DTA曲線的峰位和峰形，升溫速率越大，峰位越向高溫方向遷移以及峰形越陡。2．氣氛的影響

3．參比物的影響

（二）儀器因素的影響。儀器因素是指與熱分析儀有關(guān)的影響因素，主要包括：加熱爐的結(jié)構(gòu)與尺寸、坩堝材料與形狀、熱電偶性能及位置等。

（三）樣品的影響1．樣品用量的影響。通常用量不宜過多，因為過多會使樣品內(nèi)部傳熱慢、溫度梯度大，導(dǎo)致峰形擴大和分辨率下降。2．樣品形狀及裝填的影響。樣品形狀不同所得熱效應(yīng)的峰的面積不同，以采用小顆粒樣品為好，通常樣品應(yīng)磨細(xì)過篩并在坩堝中裝填均勻。3．樣品的熱歷史的影響。許多材料往往由于熱歷史的不同面產(chǎn)生不同的晶型或相態(tài)，以致對DTA曲線有較大的影響 22． DSC的基本原理及應(yīng)用。

DSC（差示掃描量熱法）是在程序控制溫度下，測量輸入給樣品和參比物的功率差與溫度之間關(guān)系的一種熱分析方法。

應(yīng)用：差示掃描量熱法與差熱分析法的應(yīng)用功能有許多相同之處，但由于DSC克服了DTA以ΔT間接表達(dá)物質(zhì)熱效應(yīng)的缺陷，分辨率高、靈敏度高等優(yōu)點，因而能定量測定多種熱力學(xué)和動力學(xué)參數(shù)，且可進(jìn)行晶體微細(xì)結(jié)構(gòu)分析等工作。樣品焓變的測定、樣品比熱的測定、研究合金的有序—無序轉(zhuǎn)變、23． 相干散射與非相干散射及對衍射的貢獻(xiàn)。24． 光電效應(yīng)、熒光輻射、俄歇效應(yīng)，熒光產(chǎn)率與俄歇電子產(chǎn)率。

光電效應(yīng)：在外界光的作用下，物體（主要指固體）中的原子吸收光子的能量，使其某一層的電子擺脫其所受的束縛，在物體中運動，直到這些電子到達(dá)表面。如果能量足夠、方向合適，便可離開物體的表面而逸出，成為光電子。

熒光輻射：處于激發(fā)態(tài)的原子，要通過電子躍遷向較低的能態(tài)轉(zhuǎn)化，同時輻射出被照物質(zhì)的特征x射線，這種由入射x射線激發(fā)出的特征x射線，稱為二次特征x射線（熒光x射線）此種輻射又稱為熒光輻射

俄歇效應(yīng)：原子K層電子被擊出，L層電子（L2）向K層躍遷，其能量差ΔE=EK-EL2可能不是以產(chǎn)生一個K系X射線光量子的形式釋放，而是被鄰近的電子（L2）所吸收，使這個電子受激發(fā)而成為自由電子，這就是俄歇效應(yīng)

熒光產(chǎn)率與俄歇電子產(chǎn)率：在激發(fā)原子的去激發(fā)過程中，存在兩種不同的退激發(fā)方式：一種是俄歇躍遷過程；另一種是熒光過程。俄歇躍遷幾率（PA）與熒光產(chǎn)生幾率PX之和為1：PA+PX=1 當(dāng)元素的原子序數(shù)小于19時（即輕元素），俄歇躍遷幾率（PA）在90以上。直到原子序數(shù)增加到33時，熒光幾率才與俄歇幾率相等。25． 產(chǎn)生衍射的必要條件（布拉格方程）及充分條件。26． 晶粒大小與X射線衍射線條寬度的關(guān)系。27． 物相定性分析、定量分析的原理。28． 掃描電鏡二次電子像與背散射電子像。29． 掃描電鏡圖像襯度（形貌襯度、原子序數(shù)襯度）。30． 什么是電子探針？電子探針的原理及工作方式。