[发明专利]微波吸收材料的复介电常数和复磁导率的测试方法及系统

说明书

微波吸收材料的复介电常数和复磁导率的测试方法及系统

本发明属于微波吸收材料的复介电常数和复磁导率的测试方法及系统。

由于射频到微波频谱应用的发展，特别是作为研究天然材料，人工合成材料和生物体组织的重要手段，以及在通信和电子对抗方面的应用，测量各种有机和无机的电介质、半导体、铁氧体等的复介电常数ε＝ε′-jε″和复磁导率μ＝μ′-jμ″愈来愈增加它的重要性，对于中、低损耗材料已有许多可靠的测量方法;对于高损耗材料，过去广泛采用测量线的开路-短路法，但当样品损耗增高时，该方法的测量误差显著升高，灵敏度下降，其测量结果难以满足要求。ADA100764、ADA120577介绍了利用微波矢量网络分析仪测量放样品装置的两个散射系统S₁₁和S₂₁，按有关公式计算微波吸收材料的复介电常数和复磁导率。这个测试系统由微波信号源、用于测量散射系数S₁₁和S₂₁的放样品装置以及微波矢量网络分析仪构成，利用计算机准确度提高技术，可以满足目前的要求。

然而，微波矢量网络分析仪不具备直接测量材料复介电常数和复磁导率的功能，当需要这方面应用时，还要解决一些特殊的技术问题和计算程序。例如要自行设计带状线或其他结构的放样品装置，及与这些结构有关的转换接头;或配置高性能的同轴-波导转换。这些都是高难度的工作，且往往不易得到满意的结果。尽管微波矢量网络分析仪的上限频率已达到100GHz，但用它来测量ε、μ的最高频率约为20GHz。此外，该类网络分析仪价格昂贵（hp公司的8510A型，到20GHz的全套仪器售价18万美元）。

本发明的目的是提供一种微波吸收材料的复介电常数和复磁导率的测试方法和系统。

本发明可以用现成的微波元、器件和电子仪器组合而成，不需另外设计放样品的装置。样品是容易加工的长方体，建立系统与操作均比较简单，不需计算机进行误差修正，适用于3～40GHz的宽广频段，每一波导频段的价格不超过3万元人民币，但能得到的测量精度不低于用微波网络分析仪所获得的结果。

本发明的测试方法为：将波长为λ₀的微波信号分成两路，一路沿与待测样品厚度方向成小于90°角的方向馈向厚度为1的样品，并使样品背面没有电磁波入射。这时在样品前面产生多次反射，反面产生多次透射，这些反射和透射信号包含着材料复介电常数ε和复磁导率μ的总信息。将另一路微波信号进行幅度衰减，获得连续可细调的参考信号，它分别与来自样品的反射信号和透射信号进行干涉、比对，调节衰减量达到驻波节点最小电平，测得反射下的衰减量A_ti和驻波节点的位置P_ri，以及透射下的衰减量A_ti和驻波节点的位置P_ti。再将上述可调的参考信号分别与来自与样品前平面同位置短路板的反射信号和来自空波导的透射信号进行干涉、比对，调节衰减量达到驻波节点的最小电平，测得对反射定标的衰减量A_ro和驻波节点的位置P_ro，以及对透射定标的衰减量A_to和驻波节点的位置P_to。计算反射下衰减量的变化A_r＝A_ri-A_ro和驻波节点移动

P_r＝P_ro-P_ri+nλ_g/2＜λ_g/2，n＝0，1，2……，

获得散射系数S₁₁

式中λ_g是波导波长，λ_g＝是截止波长。

计算透射下的衰减变化A_t＝A_ti-A_to和驻波节点的移动：

P_t＝P_ti-P_to，获得散射系数S₂₁

按已知公式计算复磁导率μ和复介电常数ε：

式中

附图是微波吸收材料的复介电常数和复磁导率的测试系统的框图。