[发明专利]一种粉末材料复介电常数测试系统及其校准方法

说明书

本发明公开了一种粉末材料复介电常数测试系统及其校准方法：包括矢量网络分析仪、第一波同转换器、第二波同转换器、第一波导、第二波导、波导夹具、垫片，波导夹具由一组不同长度的波导片构成；测试时，两个垫片分别嵌置于波导夹具相背侧的两端口内，将待测粉末材料密封于波导夹具内；第一波导和第二波导之间连接直通校准件，进行Thru校准；第一波导或第二波导连接反射校准件，反射校准件内嵌垫片和金属片，进行Reflect校准；第一波导和第二波导之间连接传输线校准件，进行Line校准。本发明同时配置了不同长度的波导夹具，保证粉末材料复介电常数的测量精度，校准测试过程中去除了垫片影响，测试过程简单、准确度高。

技术领域

本发明涉及粉末材料介电特性测试技术，更具体的说，是涉及一种粉末材料复介电常数测试系统及其校准方法。

背景技术

随着材料科学的发展，粉末材料以其特有的微波性能，被广泛用作隐身材料、电子器件材料、仿生体材料等，粉末材料的介电特性成为各类复合材料和新材料特性分析的基本需求。

为了获取粉末材料在微波段的复介电常数，目前存在的测量方法有单端反射法、谐振腔方法、传输反射法三类。现有的各种测量方法中，都有各自特有的使用场景和优缺点。

单端反射法具有在线、无损、非破坏、便捷的特性，将单端探头插入粉末材料中获取到材料的反射系数即可计算出材料的复介电常数。但单端反射法进行粉末材料复介电常数测量的准确度不高，同时由于单端反射法需要将单端探头插入粉末中，因此需要将粉末材料至于一定体积的容器中并且保持一定的容量，对于制样成本较高的粉末材料，或者量稀有粉末材料很不适合。

谐振腔方法是将粉末材料放置于谐振装置的电场最强处，然后通过测量材料放置前后的谐振频率和损耗因子(Q值)，计算获得材料的复介电常数。利用谐振腔方法进行粉末材料测量的优势在于适合于低损耗材料，然而这种方法在执行中本身也存在一些限制。由于利用谐振频率和Q值来计算获得复介电常数，这样谐振法获得材料的复介电常数仅限于点频或者窄带的情况。同时，由于粉末特性在谐振腔方法进行测量中也需要样品放置容器，造成测量的复杂性进而导致准确度下降。

传输反射法需要将待测粉末材料装入波导夹具中，用矢量网络分析仪和波导夹具形成一个系统，然后测量获得待测粉末材料的传输系数和反射系数，通过计算获得待测粉末材料的复介电常数。但传输反射法只能采用通用的波导校准件校准矢量网络分析仪，再采用各种嵌入、去嵌入方法去掉夹具的影响，来获取复介电常数。测量影响因素多，测量误差大。另外传输反射法对于粉末材料复介电常数的测量具有宽频带的优势，然而对于粉末材料运用传输反射法测量需要在传输线夹具中装入挡板(垫片)形成封闭容器，因此就需要利用特殊的校准技术或者算法去除垫片的影响，这也是利用传输反射法进行测量粉末材料复介电常数的难点。

对于矢量网络分析仪厂商的X波导校准件的相关产品，如美国Keysight公司采用X11644A机械校准件，采用T-R-L校准，其中Line采用1/4波长的厚度；同样，德国RS、日本Anritsu以及中国中电思仪(32117)均采用波导校准件，包括短路片和1/4波长Line。再如，波导校准件厂商也只能是配套通用产品，如美国Maury、WR90CK10、WR90CK12、WR90CK30、WR90CK32，分别配置SSLT和TRL校准。日本Keycom，可以利用X波段波导基于传输反射法对于电波吸收材料等大损耗材料(Model No.DPS08)和MC锦纶(Model No.DPS09)进行复介电常数的测量。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种粉末材料复介电常数测试系统及其校准方法，本发明系统同时配置了不同长度的波导夹具，进一步提高了校准效率，保证粉末材料复介电常数的测量精度；本发明系统校准、测试过程中垫片嵌置，直接将校准参考面定义在粉末材料的界面上，在校准过程中直接去除了垫片的影响，测试时直接通过传输反射系数(S参数)通过NRW或四参数迭代模型计算出粉末材料的复介电常数，不需通过去嵌算法，测试过程简单、准确度高。

本发明的目的可通过以下技术方案实现。