一、使用网络分析仪VNA测试汽车保险杠和车标

       放置在车标或保险杠后面的车载毫米波雷达必须以Mini的干扰传输信号。汽车制造商指定了相应材料的规格，以确保雷达的正常运行。为了测试车标或保险杠，使用具有83选件（5米E波段）的ShockLine MS46522B矢量网络分析仪来提供必要的频率范围覆盖，并测量所有S参数（S11、S12、S21和S22），表征材料的特性。在这种情况下，将两个天线连接到ShockLine MS46522B-083矢量网络分析仪的两个端口以传输和接收信号，来替代信号通过同轴电缆等传输线传输的传导测试设置。必须根据测试配置确定所用天线的型号，始终考虑到待测表面必须存在平面波（在60至90 GHz的E波段工作，这应该不是问题）。将选择具有透镜或电介质的特定天线来形成波。

       对于上述测试，还必须考虑被测材料(MUT)的形状，因为基于宽度、油漆、制造工艺等会影响结果。出现的另一个问题是，在整个待测试表面上使用单个大波束还是使用较小波束测试二到三次更好。

       值得注意的是，在这些测试中，辐射环境对于定性被测材料并不理想，必须注意一些地方。重要的问题是反射。在使用的开放环境中，可能会发生反射并破坏测量结果。为了避免反射，可以采用两个不相互排斥的选项。第 一种方法需要在房间周围放置吸收材料，然而，这可能会使设置更加复杂。第二个是在ShockLine矢量网络分析仪中使用门控过程(Gating process)。在这种情况下，在测试距离范围周围定义一个门限，以排除任何外部干扰。

       测试结果非常精准和一致，测量精度在几百分之一dB左右。在进行这些测量时，ShockLine矢量网络分析仪似乎不是影响测量精度的关键因素，而是反射测量中被测样品的实际位置。该测量受到发射方向与样品平面之间的角度的影响。样品的小纵向位移对发射测量的影响很小，对于反射，±1mm的位移约为±0.2 dB。

       保险杠上的测量值显示，发射约为0.7 dB，反射约为-9 dB。当然，这些值会受到厚度和所用油漆的影响。

       尽管传统的E波段测量系统更大、更昂贵，可以产生足够准确的结果，但我们还必须考虑这些系统在生产环境中的合理性。ShockLine MS46522B矢量网络分析仪的低成本和较小的“即插即用”外形非常适合这种生产用途。

       如今，汽车制造商使用的毫米达雷达是其安全系统的关键要素。未来，这些系统将被认为对自动驾驶汽车更为关键。在生产线的出口，必须对所有保险杠和车标进行测量，以确保它们符合安全标准，并保存结果以保持可追溯性。必须能够利用可以放置在生产工厂环境中的快速易用的矢量网络分析仪系统。

二、基本设置

       以下是用来进行材料测试的基本配置。天线之间的空间必须：1）足够宽，以便在它们之间放置保险杠，2）能够达到远场条件，使波在样品处成为平面。还必须使用精密机械来保持两个天线之间的待测材料对准。在这种配置中，使用了两个电介质天线，但可以根据要求进行更改。为了避免多次反射，使用了吸收性材料来改善配置。对一些样品和保险杠进行了测量，结果与之前的测量结果相关联。

三、VNA设置

      与矢量网络分析仪的大多数用途一样，此应用需要配置和校准仪器以获得准确的结果。用于这些辐射测量的校准方法是传输线、反射和匹配（LRM）算法，其中反射平面用于反射校准，传输线用于传输校准，完好匹配。

      校准套件由一块已知厚度的简单金属板组成，因此可以在校准过程中被考虑在内。该金属板应尽可能导电，并在整个感兴趣的频率范围内具有平坦的响应（已经看到反射响应，其中在高频段出现了一些异常）。

图1 与金属板和天线一起配合的LRM设置

       对于LRM算法，两个端口的反射将通过垂直于两个天线放置的金属板完成，而传输线将在没有金属板的情况下完成。后面，对于匹配，放置在45°斜面上的金属板不会反射回任何端口，并实现完好匹配的相同行为。在这种情况下，使用放置在金属板两侧的吸收性材料可以改善校准（图1）。

      在我们的例子中，两个天线之间的距离为310毫米，这个距离足够大，可以有空间放置样品或保险杠零件，并处于天线的远场条件下。宽度为2毫米的金属板被放置在在中间。

四、MS46522B VNA的LRM Menu

       在ShockLine MS46522B VNA校准设置（图2）中，请注意配置的Line长度为0 mm（A）。当使用0 Line长度时，系统被告知“端口”位于采样平面。在这种情况下，反射偏移也为0。在此设置中，校准标准条目是自洽的，校准是合理的。

       此外，在LRM设置中，反射被配置为short-like (B)，并且参考平面位于Line 1的中间。此外，匹配必须配置为Cal Device Y (B)，如果我们使用LRL校准算法，这也可能是第二行。

图2 LRM校准设置

        一旦系统被校准，“传输线(Line)”的测量（设置中间没有金属板或塑料样品）将给出大小和相位的平坦轨迹。图3显示了良好校准流程后获得的结果示例。预计其幅度纹波小于±0.25 dB，相位纹波小于±0.2°。然而，校准过程可能会受到不同参数的影响，如金属板的位置、外部反射等。执行校准过程时应特别小心，以获得佳结果。

图3 校准后的传输响应

五、测试配置

       保险杠（或材料样品）将设置在参考面上，该参考面是天线之间的中点（在测量保险杠零件的情况下，机械定位器在将保险杠放置在要测量的精准位置上起着重要作用）。

图4 测量设置

       天线之间的距离取决于测试要求。需要满足远场条件，在这个频率范围内很容易（假设远场是波长的十倍，当天线相距5cm或更远时，这些条件就满足了）。同样重要的是，样品上的辐射点不得超过甚至接近样品尺寸，以避免散射。图5说明了使用电介质天线和喇叭天线的情况（两者的辐射方向图都可以在本文末尾找到）：

图5 样品上的辐射点

      使用间距为31cm的介质天线，对于3dB的衰减，辐射点（直径）小于3cm（对于10dB的衰减，辐射点直径小于5cm）。喇叭天线的类似计算显示直径为57毫米的辐射点。这意味着，15x15厘米的样品提供了足够的余量，以确保辐射点完全落入样品中。

      在吸收材料不可用的情况下，可以配置一个门限(Gating)来改善测量并避免外部反射（这些外部反射可能会在迹线中表现为额外的波纹）。到目前为止，材料位置已被确定为参考平面，即零位置。现在应将门控配置在零位附近。这可以在图6中看到，图6显示了S21的时域响应（带通模式）。

图6 传输响应的时域响应

       然后，需要考虑的是在设置中使用的窗口宽度，以尝试改进结果。这将取决于测量中使用的频率跨度（频率跨度越高，所需的窗口大小越短）。表1显示了配置的频率跨度与窗口大小之间的关系（这些值表示反射测量的窗口大小；对于传输测量，窗口大小必须加倍）。

表1 Gate尺寸与频率跨度的函数关系

       例如，使用频率跨度为3 GHz的标称窗口，我们应该使用2/3ns的Gate进行传输，如果我们考虑Vp=3.108 m/s的传播速度，则相当于使用20cm的门进行反射测量，因此相当于使用40cm的门来进行传输测量。在图7所示的轨迹中（使用频率跨度为3 GHz的标称窗口、用于反射测量的20cm Gate和用于传输测量的40cm Gate），我们可以看到传输中时域响应周围的Gate。

图7 应用于TD传输响应的40cm标称门

       我们还可以看到Gate如何影响时域（TD）响应。当然，可以更改窗口类型和修改大小，这将略微改变响应。然后我们可以转到显示“Frequency Response with Time Gat”，在将门控应用于我们的测量后查看结果。在下面的轨迹中，我们可以看到有Gate和没有Gate的直通的传输和反射响应（图8）。我们可以清楚地看到两条痕迹中波纹的消退，但也对痕迹本身产生了一些影响。传输轨迹的差异不大，可以降低0.02 dB，但反射的差异很大。尽管如此，反射值仍然是非常好的数字（几乎小于-40 dB），值得尝试不同的窗口大小和类型来增强结果。

图8 有Gate和没有Gate的传输和反射响应

       这些结果需要考虑的另一点是，系统的设置没有完全优化（没有使用精密机械定位器）。重要的是要重申，在这种设置中，待测材料、扩展器头和天线的精准放置将在获得的结果中发挥重要作用。在本文档的后面，将显示一些客户的设置图片。

六、测试结果

      为了可追溯性，结果的存储很重要，为此可以保存数据和图像。如果格式为.s2p，则在保存数据时必须小心，因为默认情况下，门控不会被考虑在内。结果可以保存为.csv或.txt格式，或者可以在ShockLine MS46522B系统菜单中设置，将.s2p文件与应用的门控一起保存，如图9所示（System → Setup →Misc. Setup → SnP Files Setup）。在SnP设置弹出窗口中，选择Save Gated Data以将门控保存在.s2p文件中。

图9 改变s2p文件数据的流程

七、案例

       近来，欧洲汽车行业对表征保险杠制造中使用的可能影响雷达传输的材料产生了极大的兴趣。大型汽车制造商正在敦促其承包商测量雷达中使用的所有相关组件在E波段频率范围内的材料特性。不同的材料、油漆涂层、注塑方法和材料宽度必须在生产环境中进行多次测试，以准确表征其行为。为了实现这一点，矢量网络分析仪系统的简单性和易用性通常是客户所要求的。安立ShockLine MS46522B E波段系统和这种特殊的材料表征设置是满足这些需求的佳解决方案。几乎即插即用的矢量网络分析仪、只需几分钟即可完成的校准方法以及可重复且易于执行的测量方法构成了进行这些测量的佳设置。

       当然，为了获得一致的结果，需要对装置进行精准定位。对于这类客户来说，这通常根本不是问题，但在采用此设置时需要考虑这一点。

       有位客户是一家欧洲主要汽车制造商的保险杠供应商。在这种情况下，他们能够制造一种结构来容纳带有天线的VNA扩展器头和待测样品。他们还制作了用于校准的金属板（图10）。在图中，我们可以看到固定系统部件的结构，所有部件都是可移动的，因此我们可以调整天线之间的长度、样品的位置等。需要提及的一个重要点是伸缩头的支架。它们是用塑料3D打印的，这被证明是一个很好的解决方案，因为在另一位客户的演示中，这个支架是用金属制造的，导致了几次反射。

图10 客户测量的系统设置

图11 塑料样品的反射和传输特性

        在图11中，我们可以看到其中一个塑料样品的反射和传输特性和行为的痕迹。调整样本垂直位置的可能性使我们能够灵活地处理不同的样本大小。

八、总结

      ShockLine MS46522B E波段系统能够进行非常简单直观的设置，以进行材料表征。受欢迎的特点是设置和配置的简单性，以及与其他系统相比，测量的可重复性。

      使用网络分析仪VNA测试汽车保险杠和车标所需设备概述如下：

1、ShockLine MS46522B-082（1米E波段选件。或者，在测试整个保险杠的情况下，可能需要带有5米测试电缆的083选件）和–002时域选件

2、两个天线（WR-12）

3、校准套件（金属板）

4、用于固定样品和伸缩头的机械设置