[发明专利]一种多频点材料测试系统及方法

说明书

本公开公开了一种多频点材料测试系统及方法，通过同轴开式谐振腔的主模没有杂模干扰的优点，通过谐振频点的偏移推出被测材料的介电常数，再通过算法反推出更高频段内的谐振频点偏移后的大致所在位置，从而扩展了测试频率的范围，本公开的多频点材料测试方法适用于大多数材料的测量，尤其适用于石英、聚四氟乙烯、蓝宝石、刚玉、陶瓷等介电特性随频率变化小的材料的测量。

技术领域

本公开涉及微波测量相关技术领域，具体的说，是涉及一种多频点材料测试系统及方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

微波材料作为电磁波传输媒质已广泛的应用于微波的各个领域，比如微波电路、通信、雷达隐身等。微波材料的电磁参数完全决定了电磁波在其中的传播特性。准确了解电磁参数值，对于微波能的应用和材料在微波频段的各类应用是必不可少的。介质材料的电磁参数一般是指复介电常数和复磁导率，其中主要集中于其介电特性的研究，有关材料磁特性的测量只占少数，介电常数通常以复数形式ε(jω)＝ε′(jω)-jε″(jω)，它是描述材料和电磁场相互作用最基本的特征参数。

目前，材料的电磁参数测试方法按测量原理可分为传输线法、谐振腔法两大类。但这两种方法都各自存在一些问题，比如传输线法测试精度不高，制作样品不方便，并且校准精度要求高；谐振腔法是基于微扰法进行的测试，谐振腔体法的原理是将材料样品放入封闭或者开放的谐振腔体中，根据放入前后其谐振频率和品质因子Q值的变化来确定样品复介电常数和复磁导率，通常是将样品置于谐振腔中电场最小磁场最大处测量样品的复介电常数，用谐振腔法来测量材料的介电特性的优点是测试精度高。用来测量材料的介电特性缺点是只能进行点频测试，且由于杂模影响，可使用的测试频点少，可测带宽窄，对于高频的测试难度大。而且微扰法的谐振腔是圆柱或矩形的空心腔体结构，测量要满足被测样品的尺寸少于腔体尺寸的几十分之一，使得夹具尺寸太小，没有实用性。多频点测试需要在多个工作于不同频率的谐振腔内进行，这对于金属谐振腔无论是矩形的还是圆形的谐振腔都会大大增加测试成本，现有的谐振腔法测量材料的复介电常数，无法实现多频点测量。

发明内容

本公开为了解决上述问题，提出了一种多频点材料测试系统及方法，根据同轴开式谐振腔的主模没有杂模干扰的优点，通过谐振频点的偏移推出被测材料的介电常数，再通过算法反推出更高频段内的谐振频点偏移后的大致所在位置，从而扩展了测试频率的范围。为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：

一种或多个实时例提供了一种多频点材料测试系统，包括矢量网络分析仪和同轴开式谐振腔；所述同轴开式谐振腔包括外导体、内导体、第一信号耦合环和第二信号耦合环；外导体为含有开口端的中空圆柱体，内导体为实心圆柱体，内导体固定在外导体的内部并与外导体同轴设置，开口端的开口的中心设置在内导体和外导体轴线上，开口的端面与内导体3和外导体2轴线垂直，所述内导体和外导体之间形成空腔并通过所述开口与外界相通形成开式的谐振腔，所述开口处用于放置待测材料；

所述第一信号耦合环和第二信号耦合环设置在外导体的内表面，所述同轴开式谐振腔通过第一信号耦合环和第二信号耦合环与矢量网络分析仪连接。

进一步的，所述外导体的开口端为圆台体形状，开口设置在圆台体的顶部，所述开口为圆形。

进一步的，所述内导体靠近开口的一端为圆锥体。

进一步的，所述内导体和外导体材料为铜。

一种或多个实时例提供了一种基于上述一种多频点材料测试系统的测试方法，包括如下步骤：

1)通过矢量网络分析仪测得不放置材料时第p个模式TEMp模式下的空腔的谐振频率及品质因数，若n表示第n个TEM波，此时n＝p,p为自然数，且p≤5；

2)分别测量TEMp模式下放置已知复介电常数的标准样品与被测样品时谐振频率和品质因数，标准样品至少为两个；