汽车毫米波雷达天线罩材料测试
张明远，宫 剑，付 靖
【摘 要】摘要：本文介绍了汽车毫米波雷达天线罩材料测试的具体方法，包括介电常数测试方法和方位角误差的测量并给出实际的测试结果。 【期刊名称】数字通信世界 【年(卷),期】2024(000)005 【总页数】3
【关键词】毫米波雷达；天线罩；材料测试；介电常数；方位角 文献标示码：A
文章编码：1672-7274（2024）05-0003-03
毫米波雷达因其波束窄、分辨高的能力，相比激光雷达其传播特性受气候影响小、具有全天候特性，最终成为了传感器技术中备受瞩目的关键技术。也是基于毫米波雷达的这些特性，这项技术被用在了像无人机、智能家居等领域。然而，毫米波汽车雷达的使用环境复杂，在设计时必须将各种干扰、杂波、噪声等进行考虑，也对测试测量带来了一系列的困扰。
在雷达系统中，天线罩是一个重要组成部分。理想的天线罩应能完全透过来自（或到达）天线的RF 辐射，但同时还能抵挡环境如风、雨、冰雹、雪、冰、沙尘、盐雾、雷电等的影响。实际上，这些环境因素决定天线罩的机械设计，RF 透波的要求必须折中考虑，因为机械和电气要求往往相互矛盾。
天线罩能够防止环境的影响和干扰，提高雷达系统的工作效率和可靠性，其性能直接影响到雷达系统的功能。对其材料介电特性的精确测量，准确地获得电气参数，恰当地运用这些材料是雷达系统设计的关键。
并且，雷达传感器如果在天线罩被安装之前进行校准调测，就会引入由天线罩被安装之后带来的误差。所以需要带着天线罩对雷达整体DoA（Direction of Arrival）及其误差进行测量以保证角度误差在允许范围内。
1 介电常数测试方法
由于每一种材料的性状都不相同，测试的参数、精度、频率范围、温度、成本等因素也不同，所以材料测试有很多种方法。图1为不同材料介电特性的测试方法汇总，从中可以看出自由空间法适合用于汽车雷达天线罩材料介电常数的测试。自由空间法本质上还是传输线的方法，只是通过收发天线将闭合的空气线或直波导进行了外延。该法可以对材料进行非破坏性测试。要求样品大而平整且均匀，并适合于高频、高温、非接触测试。
图2 为测试系统示意图，网络分析仪和毫米波扩频头构成可以覆盖DC-110 GHz 的扩频系统，连接两个W 波段喇叭天线可以测量夹具中放置的材料样品的S 参数，基于S 参数和材料厚度可以计算出材料的介电常数。测量频率范围为75-110 GHz。
第一步，系统的校准。为了精确测量材料样品的S 参数，从而精确计算材料的介电常数，需要对系统进行校准，使测量端面位于被测材料样品的两侧。Keysight N1500A 材料测试软件使用两级校准的方法测量材料特性。第一级是喇叭天线波导端面的波导校准，在毫米波网络分析仪的扩频头波导端面，使用网络分析仪自带的校准向导做W 波段的TRL（Thru-Ref lect-Line）校准。校准步骤是端口1、端口2分别连短路件；端口1、2直连；端口1、2连接四分之一波长延迟线。图3为直连步骤。
第二步，取得较好的波导校准S11和S21的值后就可以进行下一级校准，材料
样品端面的GRL（Gated Ref lect Line）校准。首先接上喇叭天线，进行空间校准，测量S33和S23，S23曲线转换成时域波形，peaksearch 之后，使用夹具在中间放上金属板，S33也进行时域变换，调整金属板的左右位置，使得S33peak 点与S23时间相同，表示金属板已经调至两个喇叭天线的正中间，如图4所示。
通过S33找到并记录peak 点两边的低点，图4中的marker2，marker3点时间值，启动N1500A 材料测试软件进行GRL 的校准， 分别设置好金属板和测试材料的厚度值，启动测量。
去掉金属板，测量空气介电常数作为对校准结果的验证，由图5可知空气的介电常数为1，与实际值一致（空气的介电常数为1）。之后可以放入被测材料样品，测量其介电常数，如图6、图7所示，测量到的介电常数在77 GHz 为2.56。
这里测量的介电常数实际上是复数介电常数的实部即εr'，虚部损耗因子εr''仍然可以通过材料测试软件损耗正切（Loss Tangent）测试换算。但是自由空间法的原理决定了它难以测量低损材料的损耗正切，更合适的方法是用谐振腔法（把材料样品放置到一个谐振腔里测量谐振频率的变化，从而推导出材料的损耗正切），本文不做详细介绍。
2 材料夹具和测试平台
材料夹具由准光学平台、扩频头基座、样品台（sample holder）三部分组成。准光学平台提供了整个测试平台的基座，并安装有导轨，方便扩频头基座、样品台滑动；扩频头基座提供电动调节X/ Y/Z 三个方向每个方向20 mm 的移动，通过和创科技的MMA 软件可控制每个方向的移动，移动精度可达到0.01
汽车毫米波雷达天线罩材料测试
