[发明专利]一种基于时域分析法的介电常数估计方法

权利要求书

1.一种基于时域分析法的介电常数估计方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)设置对照组测试系统，通过矢量网络分析仪测试聚束天线校准处的反射系数S11，测试数据记为对照组测试系统包括矢量网络分析仪、聚束天线、金属板；矢量网络分析仪连接聚束天线的校准处，即馈源接收端口，聚束天线垂直于金属板摆放；通过矢量网络分析仪测试聚束天线校准处的反射系数S11，测试数据记为

(2)设置介质厚度测试系统，通过矢量网络分析仪测试聚束天线校准处的反射系数S11，测试数据记为介质厚度测试系统包括矢量网络分析仪、聚束天线、待测介质板、金属板；矢量网络分析仪连接聚束天线的校准处，即馈源接收端口，待测介质板背后紧贴金属板，聚束天线垂直于待测介质板摆放；聚束天线到金属板的距离和对照组测试系统保持一致；通过矢量网络分析仪测试聚束天线校准处的反射系数S11，测试数据记为

(3)测量天线驻波；通过矢量网络分析仪测试聚束天线在无待测介质板和金属板时的反射系数，即天线驻波记为S_11sw；

(4)反射系数S11频域数据处理

将介质厚度测试系统的S11频域数据扣除天线驻波后的数据，除以对照组测试系统的S11频域数据扣除天线驻波的数据，得到S_11div；

(5)S11时频变换计算介质厚度

根据步骤(4)得到的S_11div，通过matlab将待分析的频域数据S_11div转换到时域进行分析：测量的第一个不连续点的时移T₀；这个时移的物理意义即为电磁波在真空中传播两倍介质厚度所耗时间；根据时移大小即可计算出介质厚度；即介质厚度d＝c*T₀/2，c为真空中电磁波的传播速度；

(6)S11时频变换计算介电常数

测量时域波形中第一个不连续处与第二个不连续处的时间差Δt，再根据介质中电磁波传播的速度和步骤(5)得到的介质厚度计算介电常数；

用matlab分析其时域波形，波形中第一个反射峰则代表被测材料的第一个不连续处，即空气与介质板的交界面的第一次反射；第二个反射峰代表被测材料的第二个不连续处，即介质板和金属板的介质面第一次反射；前两次反射在时域上存在一定的时间差，该时间差即为电磁波在介质内传播两倍介质厚度所耗时间的两倍；如下公式所示：

d为介质厚度，c为真空中电磁波传播的速度，ε代表待测介质板的介电常数；

根据公式(2)得到待测介质板的介电常数；

(7)提高介电常数测量精度

采用线性调频逆Z变换，提高时间分辨精度，得到更加精确的时间差Δt’，从而改善介电常数的精度。

2.根据权利要求1所述的一种基于时域分析法的介电常数估计方法，其特征在于：步骤(4)进一步为：

(4)反射系数S11频域数据处理

经严格的电磁场理论公式推导得：

式中代表为校准到介质表面的反射系数，代表真空中传输距离d即介质厚度所带来的相移，S_11div即为待分析数据；

根据以上公式将介质厚度测试系统的S11频域数据扣除天线驻波后的数据，除以对照组测试系统的S11频域数据扣除天线驻波的数据得到S_11div。

3.根据权利要求1所述的一种基于时域分析法的介电常数估计方法，其特征在于：步骤(7)进一步为：

(7)提高介电常数测量精度

采用线性调频逆Z变换，将的时域波形中第一个不连续点和第二个不连续点处进行局部放大，用来提高时间分辨精度，得到更加精确的时间差Δt’，从而改善介电常数的精度。