[发明专利]一种固体介质材料微波特性参数测量系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料的电磁参数测量技术领域，特别涉及一种固体介质材料微波特性参数测量系统及方法。

背景技术

由麦克斯韦电磁场理论可知，能够用两个基本的电磁参数来表征材料与电磁场的相互作用，描述材料在电磁场中的电磁特性，这两个电磁参数即为相对复介电常数和相对复磁导率。然而对材料电磁参数的提取，须通过实验的方法获得。因此，随着材料在电子对抗方面的发展和应用，材料电磁参数的测量也起到越来越重要的作用。

电磁参数测量的方法按电磁参数测量原理的不同，可分为两类，分别为网络参数法和谐振腔法。近年来，随着矢量网络分析仪(vector network analyzer，VNA)技术的发展，网络参数法得到了广泛的应用。该类方法将被测介质及其传感器等效为单端口或双端口网络，利用矢量网络分析仪测量得到该网络的反射系数或散射矩阵，再根据相应的算法计算被测材料的电磁参数。该类方法主要有传输反射法、自由空间法、多状态法及多厚度法等。其中，传输/反射法是一种最简单而且具有较高精度的一种材料电磁参数的测量方法。这种方法实际上是一种双端口传输线法，将待测材料样品置于空气传输线(矩形波导或者同轴线)中，通过矢量网络分析仪(VNA)或多端口技术测量该传输线的散射参数，再根据散射方差推算处待测介质传输线段的传输系数和反射系数，最后计算出材料的相对复介电常数和相对复磁导率。

现有的传输/反射法中，由Nicolson和Ross提出、Weil拓展的传输/反射法(也即NRW传输/反射法)具有操作简单、测量速度快、测量频带宽、无辐射损耗及测量精度较高等优点而得到广泛应用，但该方法往往存在着厚度谐振问题。厚度谐振是指测试样品厚度刚好是半个波导波长的整数倍时，导致复介电常数的测量不确定度增大。此外，现有的测量系统往往测量频段范围较窄，且传输/反射法中测量电磁参数的求解过程复杂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种固体介质材料微波特性参数测量系统及方法，以解决现有技术中传输/反射法测量被测介质时出现的厚度谐振的问题。

本发明的第二目的在于，提供一种固体介质材料微波特性参数测量系统及方法，以实现在30MHz～50GHz的宽频段范围内对被测介质的电磁参数进行测量。

本发明的第三目的在于，提供一种固体介质材料微波特性参数测量系统及方法，以实现简化传输/反射法中测量电磁参数的求解过程，并获得为更精确的电磁参数测试结果。

为实现上述目的，本发明提供了一种固体介质材料微波特性参数测量方法，包括以下步骤：

S1：建立固体材料微波特性的二端口网络测量模型；

S2：对所述二端口网络测量模型进行调整，以避免被测介质出现厚度谐振；

S3：对调整后的二端口网络的参数S₁₁和S₂₁进行测量；

S4：根据测量得到的S₁₁和S₂₁求解介质材料的微波特性参数；

其中：所述步骤S3具体包括：

S31：使用传输反射法在30MHz～18GHz频段采用同轴线传输；测量在30MHz～18GHz频段范围内的S₁₁和S₂₁；

S32：使用传输反射法在18GHz～26.5GHz、26.5GHz～40GHz、40GHz～50GHz频段采用波导传输，并测量在18GHz～26.5GHz、26.5GHz～40GHz、40GHz～50GHz频段范围内的S₁₁和S₂₁。

较佳地，所述波导为定制波导，按照18GHz～26.5GHz、26.5GHz～40GHz、40GHz～50GHz频段，对应18GHz～26.5GHz、26.5GHz～40GHz、40GHz～50GHz三个频段的三种规格的波导。

较佳地，所述二端口网络测量模型包括被测介质、测试夹具，所述被测介质置于所述测试夹具内，设被测介质均匀分布、各向同性、厚度为d，填充同轴线或波导时，与所述同轴线或波导内腔贴合，被测介质在所述同轴线或波导内腔内具有两端面，两端面均与同轴线或波导内腔内的空气接触；测量时，频率为f线极化均匀平面波E_i由空气中向所述被测介质的一个端面垂直入射，一部分电磁波被反射，另一部分电磁波进入被测介质材料并向前传播，在被测介质的另一端面又遇到不连续性，其中一部分电磁波又被反射，另一部分电磁波透过该交界面继续向前传播，形成透射波。