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This standard replaces GJB 2038-1994 The measurement methods for reflectivity of radar absorbing material.
The following main changes have been made with respect to GJB 2038-1994:
a) The applicable measurement frequency range is extended from 8 GHz to 18 GHz to 0.5 GHz to 100 GHz;
b) The wedge radar absorbing material is added to the measurment material type of RCS method;
c) The oblique incidence reflectivity is added into the measurement parameters of RCS method;
d) The applicable temperature of reflectivity measurement is extended to high temperature;
e) The sample plate spatial translation measurement method in the former standard is not included in this standard.
Annexes A and B to this standard are informative.
This standard was proposed by the Electronic Information Foundation Department of the General Armaments Department of the PLA (Chinese People’s Liberation Army).
GJB 2038 was issued in 1994 as the first edition.
The measurement methods for reflectivity of radar absorbing material
1 Scope
This standard specifies the methods, procedures and requirements for measuring the reflectivity of radar absorbing materials (hereinafter abbreviated as RAM).
This standard is applicable to the measurement of vertical incidence and oblique incidence reflectivity of flat plate RAM and the measurement of vertical incidence reflectivity of wedge-type RAM. The reflectivity of other types of materials can be measured with reference to this standard. The frequency range of radar cross section (RCS) measurement method and bow measurement method is 0.5 GHz to 100GHz,and 1 GHz to 40 GHz respectively. The reflectivity measurement in other frequency bands can be carried out with reference to this standard.
2 Normative references
The following documents contain related provisions which, through reference, constitute provisions of this standard. For dated references, subsequent amendments (excluding corrections) to, or revisions, of any of these publications do not apply. However parties to agreements based on this standard are encouraged to investigate the possibility of applying the most recent editions of the normative documents indicated below. For undated references or references with version not indicated, the latest edition of the normative document referred to applies.
GJB 3756 Expression and evaluation of uncertainty in measurement
GJB 4238 Terminology for military target and environment characteristics
GJB 5022 Method for measurement of radar cross section of scale target indoor range
GJB 5252 The requirements for the data to be stored of target and environmental characteristics
3 Terms and definitions
For the purposes of this standard, the terms and definitions given in GJB 4238 and the followings apply.
3.1
reflectivity of radar absorbing material (RAM) / RAM reflectivity
ratio of reflection power of the two electromagnetic waves in the mirror direction when they are incident on RAM and good conductor plane with the same dimension at the same power density from the same direction respectively, under the condition of given wavelength and polarization
3.2
equivalent reflectivity of background
ratio of the reflection power of the measured material plate to the reflection power of the calibration metal plate under the same emission power, wavelength and polarization
4 Measurement purpose
The RAM reflectivity is obtained by RCS measurement method or bow measurement method, which provides basis and data support for the evaluation of RAM absorbing performance and the development and application of stealth materials.
5 RCS measurement method
5.1 Measurement principle
RAM reflectivity is divided into vertical incidence reflectivity and oblique incidence reflectivity according to different incident angles. Vertical incidence reflectivity is generally measured by metal plate as reference plate; oblique incidence reflectivity can be measured by using metal plate or dihedral angle reflector as reference. If metal plate is used as reference plate, bistatic RCS measurement system or bow measurement system need be adopted for measurement. If the dihedral angle reflector is used as the reference, the mono-static RCS measurement system need be adopted for measurement, and the applicable oblique incident angle range is 20° to 70°.
For flat plate RAM, the far-field RCS measurement system is adopted. After the system is calibrated by a calibrator, the reflection power Pm of a good conductor metal plate with the same dimension and the reflection power Pa of a flat plate RAM sample plate are measured respectively, and the reflectivity of flat plate RAM is calculated by using Equation 1).
(1)
where,
Γ——the reflectivity of flat plate RAM;
Pa——the reflection power of flat plate RAM sample plate, mW;
Pm——the reflection power of a well-conducting metal plate of the same size, mW.
If expressed in dB, the reflectivity is calculated using Equation (2).
(2)
For wedge-type RAM, RCS is measured with reference to GJB 5022, and then reflectivity is obtained by data processing. Using standard metal ball calibration, the RCS value σRAM of wedge-type RAM sample plate with metal backing is measured first, and then compared with the theoretical RCS value σm of wedge-type RAM sample plate with metal backing plate, the reflectivity of wedge-type RAM is calculated by using Equation (3).
Foreword i
1 Scope
2 Normative references
3 Terms and definitions
4 Measurement purpose
5 RCS measurement method
6 Bow measurement method
7 Analysis on measurement uncertainty
8 Measurement summary
9 Data storage
Annex A (Informative) Performance inspection of RAM reflectivity measurement system
Annex B (Informative) Example for format of RAM reflectivity measurement report
GJB
中華人民共和國國家軍用標準
GJB 2038A—2011
FL 0115 代替GJB 2038—1994
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雷達吸波材料反射率測試方法
The measurement methods for reflectivity of radar absorbing material
2011-05-22發布 2011-08-01實施
中國人民解放軍總裝備部 批準
前言
本標準代替GJB 2038—1994《雷達吸波材料反射率測試方法》。
本標準與GJB 2038—1994相比,主要有下列變化:
a) 適用的測試頻率范圍由8GHz~18GHz擴展到0.5GHz~100GHz;
b) RCS法的測試材料類型增加了尖劈型雷達吸波材料;
c) RCS法的測試參量增加了斜入射反射率;
d) 反射率測試的適用溫度擴展到高溫;
e) 原標準中的樣板空間平移測試法未列入本標準。
本標準的附錄A、附錄B為資料性附錄。
本標準由中國人民解放軍總裝備部電子信息基礎部提出。
GJB 2038于1994年首次發布。
雷達吸波材料反射率測試方法
1 范圍
本標準規定了雷達吸波材料(以下縮寫RAM)反射率測試的方法、程序和要求。
本標準適用于平板型RAM的垂直入射、斜入射反射率的測量以及尖劈型RAM垂直入射反射率的測量,其他類型材料的反射率測量可參照執行。雷達散射截面(以下縮寫RCS)測試法適用頻率范圍為0.5GHz~100GHz,弓形測試法適用頻率范圍為1GHz~40GHz,其他頻段的反射率測量可參照執行。
2 引用文件
下列文件中的有關條款通過引用而成為本標準的條款。凡注日期或版次的引用文件,其后的任何修改單(不包含勘誤的內容)或修訂版本都不適用于本標準,但提倡使用本標準的各方探討使用其最新版本的可能性。凡未注日期或版次的引用文件,其最新版本適用于本標準。
GJB 3756 測量不確定度的表示及評定
GJB 4238 軍用目標特性和環境特性術語
GJB 5022 室內場縮比目標雷達散射截面測試方法
GJB 5252 目標與環境特性數據入庫要求
3 術語和定義
GJB 4238確立的以及下列術語和定義適用于本標準。
3.1 RAM反射率 reflectivity of radar absorbing material
在給定波長和極化的條件下,電磁波從同一方向,分別以同一功率密度入射到RAM和同尺寸良導體平面上,兩者鏡面方向反射功率的比值。
3.2 背景等效反射率 equivalent reflectivity of background
在相同發射功率、波長和極化的條件下,被測材料板所處環境的反射功率與定標金屬板反射功率的比值。
4 測試目的
采用RCS測試法或弓形測試法獲得RAM反射率,為RAM吸波性能的評定以及隱身材料的研制與應用提供依據和數據支撐。
5 RCS測試法
5.1 測試原理
RAM反射率依據入射角的不同,分為垂直入射反射率和斜入射反射率。垂直入射反射率一般采用金屬平板作為基準板進行測試;斜入射反射率可采用金屬平板或兩面角反射器作為基準進行測試,如采用金屬平板作為基準板,則需采用雙站RCS測試系統或弓形法測試系統進行測試。如采用兩面角反射器作為基準,則需采用單站RCS測試系統進行測試,適用的斜入射角度范圍為20°~70°。
對于平板型RAM,采用遠場RCS測試系統,利用定標體對系統進行定標后,分別測量同尺寸良導體金屬平板的反射功率Pm和平板型RAM樣板的反射功率Pa,按式1)計算得到平板型RAM的反射率。
(1)
式中:
Γ——平板型RAM的反射率;
Pa——平板型RAM 樣板的反射功率,mW;
Pm——同尺寸良導體金屬平板的反射功率,mW。
若以dB為單位表示,則反射率的訃算見式(2)。
(2)
對于尖劈型RAM,參照GJB 5022進行RCS測量,然后通過數據處理獲得反射率。采用標準金屬球定標,先測量帶金屬背襯尖劈型RAM樣板的RCS值σRAM,再與尖劈型RAM樣板背襯金屬板的RCS理論值σm相比,得到尖劈型RAM的反射率的計算見式(3)。
(3)
式中:
Γ——尖劈型RAM 的反射率;
σRAM——尖劈型RAM樣板的RCS值,m2;
σm——背襯金屬板的RCS理論值,m2。
若以dB為單位表示,則反射率的計算見式(4)。
(4)
RCS測試法具有較高的測試動態范圍以及較小的測試不確定度,適用于RAM性能鑒定測試。
5.2 測試系統
5.2.1 測試系統組成
如圖1所示,RAM反射率遠場RCS法測試系統主要由緊縮場(或喇叭收發天線)、矢量網絡分析儀(或幅相接收機)、信號收發設備、計算機、目標支架及轉臺、轉臺驅動控制器和激光定位對準裝置組成。
緊縮場
激光定位對準裝置
目標支架
一維轉臺
信號收發設備
測量控制機房
矢量網絡分析儀
計算機
動控制器轉臺驅
圖1 RAM反射率遠場RCS法測試系統組成框圖
5.2.2 性能指標要求
測試系統性能指標要求如下:
a) 頻率范圍:0.5GHz~100GHz。
b) 頻率穩定度:優于1×10—9/d。
c) 工作方式:掃頻。
d) 極化組合:水平極化、垂直極化。
e) 動態范圍:不小于60dB。
f) 系統非線性度:不大于0.2dB。
g) 系統測量能力:幅相測量。
h) 系統選通能力:可進行時域選通。
i) 系統背景等效反射率:
1) 不大于—60dB(頻率不大于40GHz時);
2) 不大于—50dB(頻率大于40GHz時)。
j) 樣板定位對準誤差:不大于0.05°。
5.3 設備要求
測試系統中對于主要設備的要求參照GJB 5022進行,此外,設備每年還應進行一次性能檢查,具體要求參見附錄A。
5.3.1 環境要求
進行反射率測試時的環境要求如下:
a) 測試系統高頻設備應在電磁屏蔽間使用,屏蔽度大于80dB。
b) 微波暗室的環境溫度為23℃±10℃;屏蔽間的環境溫度為23℃±3℃,測試過程中溫度變化小于±1℃;環境相對濕度小于80%。
c) 被測材料板放置在天線的遠場區域,在使用喇叭天線收發情況下,最小遠場測試距離按式(5)計算。
(5)
式中:
Rmin——天線口面到材料板反射點的最小距離,m;
L——材料板邊長與喇叭天線口面邊長的較大者,m;
λ——工作波長,m。
5.3.2 定標體要求
5.3.2.1 標準板要求
標準板的加工要求如下:
a) 標準板取正方形,邊長的最大范圍為1~20個波長,推薦標準板的邊長處于3~l5個波長范圍內。依據測試頻率范圍的不同,可以分段選取,推薦尺寸為:
1) 600mm×600mm×10mm,尺寸公差為±0.2mm,適用頻率范圍為0.5GHz~6GHz;
2) 500mm×500mm×10mm,尺寸公差為±0.2mm,適用頻率范圍為1GHz~8GHz;
3) 300mm×300mm×5mm,尺寸公差為±0.1mm,適用頻率范圍為2GHz~18GHz;
4) l80mm×180mm> 4mm,尺寸公差為±0.05mm,適用頻率范圍為6GHz~40GHz;
5) 60mm×60mm×3mm,尺寸公差為±0.02mm,適用頻率范圍為40GHz~100GHz。
b) 表面粗糙度不大于6.4μm。
c) 表面平面度不大于0.10mm。
d) 兩表面平行度不大于0.15mm。
c) 板側面相互垂直,板側面與板面垂直,其垂直度不大于0.2mm。
f) 標準板材料的電導率不小于1.0×107S/m。
5.3.2.2 兩面角反射器要求
定標用兩面角反射器的要求如下:
a) 兩個面的夾角:90°±0.05°;
b) 兩個面的前邊緣外側為45°斜面;
c) 其他要求同5.3.2.1。
5.3.3 樣板要求
5.3.3.1 RAM襯板要求
5.3.3.1.1 平面襯板
被測樣板的RAM層襯板由金屬材料加工而成,其加工要求同5.3.2.1。
5.3.3.1.2 兩面角反射器襯板
兩面角反射器襯板與定標用兩面角反射器加工精度相同,其中一個面與定標用兩面角反射器尺寸相同,另一個面的尺寸應在長度方向增加RAM襯板的厚度。
5.3.3.1.3 尖劈型RAM襯板
尖劈型RAM襯板的加工要求如下:
a) 依據襯板尺寸不同,推薦其最小厚度分別為;
1) 1000mm×1000mm,最小厚度為6mm;
2) 500mm×500mm,最小厚度為4mm。
b) 尺寸公差為±0.20mm。
c) 表面粗糙度不大于6.4μm。
d) 表面平面度不大于0.3mm。
e) 兩表面平行度不大于0.5mm。
f) 襯板材料的電導率不小于1.0×107S/m。
5.3.3.2 RAM層要求
被測樣板的RAM層應噴涂或粘貼在金屬襯板上,RAM層的要求如下:
a) RAM層應性能穩定,不得發生形變,如彎曲、收縮、膨脹、開裂等;
b) RAM樣板側面不得涂敷RAM;
c) RAM層厚度應均勻,不均勻度不大于5%;
d) RAM層表面應潔凈,無油污及其他雜質或附著物,無裂縫和氣泡;
e) RAM層若用粘合劑與襯板粘合,則粘合劑應薄而均勻,不脫粘。
5.3.4 安裝要求
5.3.4.1 平板型標準板與RAM樣板的安裝
平板型標準板與RAM樣板的安裝要求如下:
a) 在雙天線系統中,要求被測板的法線與入射線和反射線夾角的角平分線重合,且板的邊與入射面平行或垂直;
b) 在單天線系統中,要求被測板與入射線垂直且板的邊與電場矢量平行或垂直。
5.3.4.2 兩面角反射器的安裝
兩面角反射器的安裝要求如下:
將其安裝在平坦的透波材料支架頂端,用水平尺和激光定位對準裝置對其進行定位。以貼材料板的兩面角金屬面進行激光器對準,確定材料板放置在垂直入射位置,以另一個金屬面用水平尺測量垂直度,確保角反射器的兩個面均與入射面垂直。
5.3.4.3 尖劈型RAM板的安裝
將其安裝在平坦的泡沫材料支架頂端,用激光定位對準裝置對其背襯金屬板進行定位,確定材料板放置在垂直入射位置。
5.4 測試步驟
5.4.1 平板型RAM反射率測試步驟
5.4.1.1 平板型RAM垂直入射反射率測試
平板型RAM重直入射反射率測試步驟如下:
a) 測試系統開機預熱;
b) 測量樣板支架的背景反射功率;
c) 測量標準板的參考反射功率;
d) 測量平板型RAM板的反射功率;
e) 用計算機軟件進行數據處理,得到RAM反射率;
f) 存儲測試數據,打印輸出測試結果。
5.4.1.2 平板型RAM斜入射反射率測試
平板型RAM斜入射反射率測試步驟如下:
a) 測試系統開機預熱;
b) 測量樣板支架的背景反射功率;
c) 在支架上放置好定標用兩面角反射器,測量參考反射功率;
d) 在支架上放置好RAM襯板測量用兩面角反射器,測量RAM反射功率;
e) 用計算機軟件進行數據處理,得到RAM反射率;
f) 存儲測試數據,打印輸出測試結果。
5.4.2 尖劈型RAM反射率測試步驟
尖劈型RAM反射率測試步驟如下:
a) 測試系統開機預熱;
b) 測量樣板支架的背景反射功率;
c) 在支架上放置好定標金屬球,測量參考反射功率;
d) 在支架上放置好被測尖劈型RAM板,測量RAM反射功率;
e) 用計算機軟件進行數據處理,得到RAM反射率;
f) 存儲測試數據,打印輸出測試結果。
5.5 數據處理
5.5.1 平板型RAM測試數據處理
平板型RAM測試數據處理步驟如下:
a) 對測量獲得的標準板和RAM板的反射功率,按式(⑵)計算,得到頻域反射率數據;
b) 對頻域反射率數據加漢明窗作FFT變換,得到反射率時域響應數據;
c) 對時域響應數據,依據RAM板的反射特性加適當寬度的軟件門后作FFT反變換回到頻域,得到最終平板型RAM板的反射率測試數據;
d) 對獲得的反射率測試數據作進一步處理,給出反射率滿足指標的頻率帶寬、最小反射率及對應的頻率等,供測試結果評定使用。
5.5.2 尖劈型RAM測試數據處理
尖劈型RAM測試數據處理步驟如下:
a) 參照GJB 5022獲得尖劈型RAM的頻域RCS數據;
b) 對頻域RCS數據加漢明窗作FFT變換,得到RCS時域響應數據;
c) 對時域響應數據,依據RAM板的反射特性加適當寬度的軟件門后作FFT反變換回到頻域,得到最終尖劈型RAM板的RCS測試數據;
d) 按附錄A中式(A.1)計算背襯金屬板的RCS,再按式(3)進行反別率計算,得到尖劈型RAM板的反射率測試數據;
e) 對獲得的反射率測試數據作進一步處理,給出滿足反射率指標的頻率帶寬、最小反射率及對應的頻率等,供測試結果評定使用。
6 弓形測試法
6.1 測試原理
采用圖2所示的弓形法測試系統,分別測量RAM平面與同尺寸良導體平面兩者鏡面方向反射功率,按式(1)、式(2)計算得到RAM反射率。
弓形測試法的特點是近場相對比較測量,操作便捷,利于實現高低溫反射率測量,適用于平板型RAM研制過程中的反射率測量。
6.2 測試系統
6.2.1 測試系統組成
如圖2所示,RAM反射率弓形法測試系統主要由弓形架、樣板支架、發射天線和接收天線、矢量網絡分析儀(或幅相接收機)、智能溫控器和計算機等組成。
測試系統的發射和接收天線分別安裝在一段圓弧框上,樣板中心與弓形框的圓心重合,樣板支架周圍鋪設高性能RAM以降低背景反射。
矢量網絡分析儀
計算機
智能溫控器
弓形架
發射天線
接收天線
樣板支架
圖2 RAM反射率弓形法測試系統組成框圖
6.2.2 性能指標要求
測試系統性能指標要求如下:
a) 頻率范圍:1GHz~40GHz;
b) 頻率穩定度:優于1×10—9/d;
c) 工作方式:掃頻;
d) 極化組合:水平極化、垂直極化;
e) 測量動態范圍:大于40dB;
f) 系統線性度:不大于0.2dB;
g) 系統測量能力:幅相測量;
h) 系統選通能力:可進行時域選通;
i) 系統不確定度:不大于±1.0dB(RAM反射率大于—20dB時);
j) 樣板定位對準誤差:不大于0.05°;
k) 入射角度范圍:0°~45°;
l) 控溫精度:不大于0.5%。
6.2.3 設備要求
測試系統中使用的設備應滿足6.2.2的要求,并參照附錄A的要求每年進行一次性能檢查。
6.2.4 環境要求
進行反射率測試時的環境要求如下:
a) 測試環境溫度23℃±3℃,相對濕度不大于80%;
b) RAM樣板可在收、發天線的近場區,但兩天線應在彼此鏡像的遠場區。最小測試距離按式(6)計算。
rmin=D2/λ (6)
式中:
rmin——最小測試距離,m;
D——材料板邊長與喇叭天線口面邊長的較大者,m;
λ——電磁波波長,m。
6.3 標準板要求
定標用標準板的加工要求同5.3.2.1。
6.4 樣板要求
6.4.1 RAM襯板
被測樣板的RAM層襯板由金屬材料加工而成,要求同5.3.3.1。
6.4.2 RAM層
被測樣板的RAM層應噴涂或粘貼在金屬襯板上,要求同5.3.3.2。
6.4.3 樣板安裝要求
樣板安裝要求同5.3.4.1。
6.5 測試步驟
平板型RAM的反射率測試步驟如下:
a) 測試系統開機預熱;
b) 按程序提示輸入測量參數;
c) 將標準板置于樣板支架上,使標準板溫度保持在測試溫度;
d) 測量標準板反射功率;
e) 用待測RAM樣板取代標準板;
f) 使待測RAM樣板溫度保持在測試溫度;
g) 測量待測RAM反射功率;
h) 用計算機進行數據處理,得到RAM反射率;
i) 存儲測試數據,打印輸出測試結果。
6.6 數據處理
測試數據處理同5.5.1。
7 測量不確定度分析
RAM反射率定標與測量過程中的不確定度影響因素主要有:
a) 材料板與標準板的加工精度;
b) 材料板與標準板測試時的安裝定位精度;
c) 測試區入射場的幅度起伏;
d) 測試系統的線性度;
e) 測試系統的功率穩定度;
f) 測試背景影響等
RAM反射率測量不確定度的具體分析方法參照GJB 3756進行。
8 測試總結
對測試過程進行分析,形成總結報告,測試報告的格式參見附錄B。
9 數據入庫
將測試過程中產生的數據、曲線及相關文檔資料錄入數據庫。入庫時應檢查入庫文檔資料的完整性;數據記錄及入庫格式按GJB 5252執行。
附錄A
(資料性附錄)
RAM反射率測試系統性能檢查
A.1 RCS法測試系統性能檢查
A.1.1 系統檢查
測試系統的檢查內容包括:
a) 反射率測試所使用的測試系統軟、硬件是否經過確認;
b) 測試系統中的收發設備應定期送檢,或進行專用系統定期校準,粘貼檢驗合格證,并在檢定有效期內使用。
A.1.2 樣板安裝精度檢查
樣板安裝精度的檢查步驟如下;
a) 將標準板豎直安裝在目標支架上,用激光對準裝置定位;
b) 測量標準板的RCS,將測量值與理論值比較,其偏差最大允許值為±0.2dB;
c) 邊長大于3個波長的標準板,其RCS計算見式(A.1)。
(A.1)
式中:
σ——標準板的RCS,m2;
L——標準板的邊長,m;
λ——工作波長,m。
A.1.3 兩面角安裝精度檢查
兩面角安裝精度的檢查步驟如下:
a) 將標準兩面角反射器豎直安裝在目標支架上,用水平尺和激光對準裝置定位,水平尺確保橫滾角安裝準確,激光定位裝置確保俯仰和方位角安裝準確;
b) 測量標準兩面角反射器的RCS,將測量值與理論值比較,其偏差最大允許值為±0.2dB;
c) 邊長大于3個波長的標準兩面角反射器,其RCS計算見式(A.2)。
(A.2)
式中:
σ——標準兩面角反射器的RCS,m2;
a,b——板的邊長,m;
λ——工作波長,m。
A.1.4 系統線性動態范圍檢查
系統線性動態范圍檢查步驟如下:
a) 選用調節范圍大于60dB的可調衰減器接入系統收發設備間;
b) 按10dB的間隔進行收發間的接收功率測量;
c) 測試結果與衰減器的校準值比較,得到系統的線性度。
A.2 弓形法測試系統性能檢查
A.2.1 系統檢查
測試系統的檢查內容包括:
a) 反射率測試所使用的測試系統軟、硬什是否經過確認;
b) 測試系統中的矢量網絡分析儀應定期送檢,并在檢定有效期內使用。
A.2.2 系統不確定度檢查
利用標準材料樣板傳遞法進行系統不確定度檢查,要求標準材料樣板的材料性能穩定。標準樣板傳遞的上級標準是RCS法反射率測試結果。
附錄B
(資料性附錄)
RAM反射率測試報告格式示例
××××材料反射率測試報告
1 任務依據
××××××××××。
2 測試目的
××××××××××××。
3 測試系統
3.1 測試系統組成
××××××××××××。
3.2 測試場地
××××××××××××。
4 測試原理和方法
4.1 測試原理
×××××××××X××。
4.2 測試方法
××××××××××××。
5 測試內容
5.1 被測材料板說明
××××××××××××。
5.2 測試狀態說明
××××××××××××。
6 測試步驟
6.1 測試系統定標
××××××××××××。
6.2 材料板測量
××××××××××××。
7 測試數據處理方法
××××××××××××。
8 數據處理分析
8.1 測試結果分析
××××××××××××。
8.2 不確定度分析
××××××××××××。
8.3 存在問題及建議
××××××××××××。
9 結論
××××××××××××。
_________________