[发明专利]一种精确测量介电常数的测试系统及方法

权利要求书

1.一种精确测量介电常数的测试系统，其特征在于：包括天线部分、射频电路部分以及数据处理显示部分；所述天线部分包括测试天线和散射样本；所述射频电路部分包括射频信号源和射频电路，其中射频电路由定向耦合器、低噪声放大器、功分器、混频器以及低通滤波器组成；所述数据处理显示部分由放大电路与ARM开发板组成。

2.根据权利要求1所述的一种精确测量介电常数的测试系统，其特征在于：

测量的具体步骤为：

（1）给测试天线施加一个激励，产生辐射场，同时测试天线在端口处具有输入阻抗；随后放入散射样本，测试天线产生新的辐射场，同时在端口处具有新的输入阻抗，通过辐射场与输入阻抗的变化求出散射样本的介电常数和损耗，公式如下： 

                                                                    

其中，无样本时测试天线的输入阻抗为，测试天线终端的电流为（即为的倒数），为空气的电导率（为0），为空气的介电常数（即为空气介电常数，已知），为（即样本体积）内的电场（在仿真中提取），为天线的角频率（，为天线激励的频率），有样本时测试天线的输入阻抗为，为样本的电导率，为要求样本的介电常数（），为内的电场，可以通过计算得出，计算出无样本时测试天线的输入阻抗和有样本时测试天线的输入阻抗；

（2）利用电磁场仿真软件进行模拟和仿真，设计出一个贴片微带天线，得到要求的输入阻抗和电场分布，再用Matlab对仿真的数据进行处理验证；

（3）按照仿真的贴片微带天线做出实物，用网络分析仪测量中心频点和输入阻抗，验证贴片微带天线实物的正确性；

（4）加工好待测的散射体样本，用不同的微波材料加工成不同的形状；

（5）将散射体样本放入贴片微带天线的辐射场中，测出此时贴片微带天线的输入阻抗；

（6）通过测试系统自动计算出散射体样本的相对介电常数（）和损耗角正切（）；

（7）改变测试频率，重复以上步骤，对散射体样本进行扫频测试，测量不同频率下的相对介电常数的损耗角正切。

3.根据权利要求2所述的一种精确测量介电常数的测试系统，其特征在于：所述步骤（6）中：

当所测散射体样本介电常数比较低时（介电常数<10），，采用微扰法：

                                                                                                

                           ；

当所测样本介电常数比较高时（介电常数>10），根据哈林顿的腔体微扰理论，推导出与之间的关系，再采用静态场法：

                           

                           ；

即可计算出散射体样本的相对介电常数（）和损耗角正切（）。

4.根据权利要求1所述的一种精确测量介电常数的测试系统，其特征在于：所述射频电路部分输出幅度相关信号以及相位相关信号；所述ARM开发板包括模数转换器、数据处理模块、场文件储存模块以及数据显示模块。