[发明专利]高频段介质材料特性测量方法

说明书

本发明公开了一种高频段介质材料特性测量方法，属于微波天线材料特性测量技术领域。本发明在三维全波电磁仿真软件中建立透镜天线模型，对其进行初次仿真，得到一组远场辐射方向图测试参数，透镜天线模型的透镜使用待测的高频段介质材料制成；按透镜天线模型制作透镜天线，进行实际远场辐射方向图测试，获得实际远场辐射方向图测试参数；进行后仿真，在透镜天线模型中仅改变介电常数和损耗角正切，仿真得到N组透镜天线模型的远场辐射方向图测试参数；将后仿真结果与实际远场辐射方向图测试参数进行对比，得到最接近实测结果的一组仿真值相应的介电常数和损耗角正切值。本发明能够方便准确地获取待测高频段介质材料样品的介质材料特性，且成本低。

技术领域

本发明属于材料特性测量技术领域，具体涉及一种高频段介质材料特性测量方法。

背景技术

近年来随着低频微波段的应用日益丰富，其频谱资源已趋于饱和。同时，5G高速通信、汽车雷达等应用的兴起，也给高频微波频段、毫米波太赫兹频段射频系统及天线的研究提出新的要求。而在高频射频系统和天线设计中，所用到的介质材料的材料特性的测量和确定对射频系统及天线的性能有十分重要的影响。

现有的微波毫米波频段介质材料特性测量方法主要有谐振腔法和网络参数法。谐振腔法是根据被测介质放入谐振腔前后谐振频率和品质因数的变化反演介质材料特性，但此方法测量的是单个频点的特性，不适合宽频带和损耗较大的介质材料特性测试。网络参数法是利用矢量网络分析仪测量介质材料的反射或散射矩阵，再根据相应的算法计算被测材料的电磁参数，但高频段毫米波及太赫兹矢量网络分析仪扩频模块十分昂贵。

发明内容

本发明目的是提供一种高频段介质材料特性测量方法，能够方便准确地获取待测高频段介质材料样品的介质材料特性，且成本低。

具体地说，本发明提供了一种高频段介质材料特性测量方法，包括以下步骤：

在三维全波电磁仿真软件中建立透镜天线模型，并对其进行初次仿真，所述透镜天线模型包括照射馈源、支撑结构和透镜，透镜使用待测量的高频段介质材料制成；所述初次仿真中，预设所述透镜的高频段介质材料的介电常数、介电损耗角正切；仿真得到一组该透镜天线模型的远场辐射方向图测试参数；

按初次仿真得到的透镜天线模型制作高频段介质材料透镜天线，在微波暗室中搭建所述高频段介质材料透镜天线的远场辐射方向图测试架构，进行实际远场辐射方向图测试，获得所述高频段介质材料透镜天线的实际远场辐射方向图测试参数；

进行后仿真，即在所述透镜天线模型中，透镜天线的支撑结构、照射馈源以及透镜的具体尺寸参数保持不变，仅改变所述透镜的高频段介质材料的介电常数和损耗角正切，设置透镜的高频段介质材料的N组介电常数和损耗角正切，仿真得到N组透镜天线模型的远场辐射方向图测试参数；

将所述后仿真得到的N组透镜天线模型的远场辐射方向图测试参数与所述高频段介质材料透镜天线的实际远场辐射方向图测试参数进行对比，得到最接近实测结果的一组仿真值，其相应的介电常数和损耗角正切值即为待测量的高频段介质材料的特性参数。

进一步的，所述照射馈源选用中等增益的矩形喇叭天线，将从标准矩形波导传输而来的能量进行束缚后向空间进行辐射；

所述支撑结构为空心腔体，内部贴有高频吸波材料；支撑结构的尾部与照射馈源固定连接，支撑结构的头部与所述透镜固定；透镜正对照射馈源，透镜与照射馈源之间距离为10～50倍工作频率波长；

所述透镜在支撑结构内部的一面为凸面，直径为10～20倍工作频率波长，所述凸面顶部高为5～20倍工作频率波长。

进一步的，所述中等增益为10～15dBi。

进一步的，所述透镜在支撑结构内部的一面为抛物面或球冠形，垂直于电磁波传播方向的口面为矩形或圆形平面。