[发明专利]毫米波频段材料介电常数准光一体化测试设备和测量方法

权利要求书

1.一种毫米波频段材料介电常数准光一体化测试设备，其特征在于，包括：

平台底板、第一反射镜、测试夹具、第二反射镜、第一高斯馈源和第二高斯馈源，其中

所述第一反射镜、测试夹具、第二反射镜、第一高斯馈源和第二高斯馈源设置在所述平台底板上；

所述测试夹具设置于所述第一反射镜和第二反射镜之间，待测样品设置在所述测试夹具上；

所述第一高斯馈源用于发送波束至所述第一反射镜；

所述第一反射镜用于将所述波束反射并重聚焦至所述待测样品；

所述波束经过所述待测样品后传输至第二反射镜；

所述第二反射镜用于将所述波束反射并重聚焦至所述第二高斯馈源；

第二高斯馈源接收所述波束。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，包括：

所述第一反射镜和所述第二反射镜为椭球反射镜。

3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述椭球反射镜的入射距离d等于出射距离d’。

4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述待测样品的尺寸大于等于5倍待测样品处的波束半径。

5.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述椭球反射镜处的波束半径w_d为：

椭球反射镜的截获效率η为：

天线口径处的波束半径w_kj为：

天线口径A₀为：

天线束腰到天线口面的距离h为：

其中，所述天线为高斯馈源，天线束腰半径为w₀，椭球反射镜的入射距离为d，波长为λ，圆周系数为π，椭球反射镜宽度为D_y，天线长度为L。

6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述待测样品设置在所述测试夹具上包括：

将所述待测样品置于所述测试夹具凹槽中靠近入射端口的第一侧面，从与第一侧面相对的第二侧面旋紧螺钉进行固定。

7.一种毫米波频段材料介电常数准光测量系统，其特征在于，包括：

权利要求1-6中任一项所述的测试设备；

矢量网络分析仪和

毫米波扩频模块，其中

矢量网络分析仪连接所述毫米波扩频模块，所述毫米波扩频模块连接所述测试设备中的第一高斯馈源和第二高斯馈源。

8.一种利用权利要求7所述的系统进行毫米波频段材料介电常数准光传输测量的方法，其特征在于，包括：

S10、设计传输标准、反射标准和负载标准，对所述测量系统进行校准；

S20、应用矢量网络分析仪采集空气与待测样品的S₂₁参数，应用同一时域选通函数进行计算，将两者相除完成归一化校准，利用待测样品经过归一化校准的S₂₁进行介电常数求解。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述介电常数求解具体步骤为：

待测样品为厚度为d₁的平板状各向同性材料，待测样品材料无线大时材料的反射系数为Γ透射系数为T电磁波在经过待测样品时的传输与反射过程中，

由矢量网络分析仪测量得到的S₂₁、Γ和T的关系可以表示为：

由二端口理论可得

T＝e^-γd1 (8)

其中Z_s为待测样品的归一化阻抗，γ为待测样品的传播常数，满足下式

根据式(6)-式(10)，基于牛顿迭代法利用S₂₁对介电常数进行求解，得到介电常数，其中，2πf为频率，μ_r为复磁导率，ε_r为复介电常数，由ε_r＝ε′_r+jε″_r求得，ε′_r为实部，ε″_r为虚部。