[发明专利]一种基于矩形腔微扰法测量非磁性材料复介电常数的方法

说明书

本发明提供的一种基于矩形腔微扰法测量非磁性材料复介电常数的方法，属于微波、毫米波介质材料介电常数测量技术领域。通过将矩形腔微扰法测量材料介电常数时样品的放置位置由目前常见的矩形腔中心位置即电场最强磁场最弱处，改变为根据样品的特性放置于不同的位置，有效解决了目前谐振腔微扰法只能测试中低损耗介质材料的问题，实现了非磁性材料复介电常数的测试，且具有测试范围广、测试精度高、方法简单的特点。

技术领域

本发明属于微波、毫米波介质材料介电常数测量技术领域，具体来说，是通过在距离谐振腔正中心不同位置处开有可放置杆状测试样品小孔的矩形谐振腔和测试夹具组成的可大幅拓宽测量范围的电介质材料的复介电常数的测试系统和方法。

背景技术

微波介质材料广泛应用于通信、国防军工、电子、微波加热、微波遥感、微波成像等领域，微波介质材料的电磁参数通常采用复介电常数和复磁导率表示，即：ε(jω)＝ε’(jω)-jε”(jω),μ(jω)＝μ’(jω)-jμ”(jω)，其中，复介电常数虚部和实部的比值称为损耗正切值，准确测量微波介质材料的复介电常数具有重要的意义。

目前，在微波频段，介电常数的测试方法主要为网络参数法和谐振腔法。其中，谐振腔法是将待测微波介质材料放置于谐振腔中，根据放入样品前后谐振腔的谐振频率和品质因数的变化，通过对应的算法来计算样品复介电常数的一种方法。

然而，上述方法均存在一定的问题：网络参数法中的传输反射法对样品制作要求很高，否则测试精度会受到很大影响；自由空间法校准精度要求高，校准步骤繁琐。谐振腔法中的介质谐振器法和微扰法只适用于中低损耗微波材料的测试，对高损耗介质材料(如水等)，采用矩形谐振腔微扰法时，只能进一步降低样品尺寸，比如采用矩形谐振腔法测量水的介电常数时(通讯电源技术2014，Vol.31.No.76)，样品的直径约1.5mm(体积380mm³)，大大制约了测试的材料的范围；再比如，采用矩形谐振腔法测试食品、流质食物等材料的介电常数时，由于食品、流质食物等材料的不均匀性无法将样品做到1.5mm左右的直径，进而无法准确测量其介电常数。公开号为CN104407232B的中国专利公开了一种开放式同轴谐振腔测试系统，通过在同轴谐振腔上加低损耗材料层，减小被测高损耗材料对电场的扰动，实现了高损耗材料复介电常数的测试，但需要制作专用的夹具，且测试固体样品时，要求样品表面为光滑的平面，以确保样品和开路端或夹具有良好的接触，减小空气间隙的存在，以减小空气间隙对测试带来的误差。华中科技大学的张秀成等提出了一种利用反射式矩形谐振腔(华中科技大学学报自然科学版2004年第4期91页)，选用品质因数较高的TE₁₀₅工作模式，在宽边中央钻圆型小孔来放置电介质材料的方法，但该方法在待测样品损耗比较大时腔体的谐振峰也会被淹没无法测量，因此只能对中低损耗的微波材料进行测试。

发明内容

本发明的目的在于针对背景技术存在的缺陷，提出一种基于矩形腔微扰法测量非磁性材料复介电常数的方法。本发明通过改变待测样品的放置位置，根据样品的特性将其放置于中心或者其他位置，有效解决了目前谐振腔微扰法只能测试中低损耗介质材料的问题，实现了非磁性材料复介电常数的测试，且具有测试精度高、方法简单的特点。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于矩形腔微扰法测量非磁性材料复介电常数的方法，包括以下步骤：

步骤1、待测材料的初判：若待测材料为介电常数实部与损耗正切值的参考值已知的材料A，则进入步骤2；若待测材料为介电常数实部与损耗正切值未知的材料B或者新材料C，则进入步骤3；

步骤2、查表或估算得到待测材料的介电常数实部参考值ε_r和损耗正切值参考值tanδ_r，然后根据介电常数实部参考值ε_r和损耗正切值参考值tanδ_r的乘积选择待测材料的放置位置：