[发明专利]一种表征待测样品介电特性的闭合同轴传输线测试系统及方法

摘要

本发明公开了一种测试液体及固体材料介电特性的闭合同轴传输线测试系统，该闭合同轴传输线测试系统包括测试夹具、矢量网络分析仪、计算机和测试连接线；测试夹具包括双向SMA接头、螺钉、防水橡胶垫圈、两端开口连通结构的转接头、具有电磁屏蔽效应的样品室、样品室内导体和待测样品；测试夹具由四孔法兰、柱状筒形聚四氟乙烯和双向SMA接头双母头同轴内导体构成。本发明基于传输反射法与去嵌入技术的有机结合，在不依赖专属定制校准件或对夹具进行复杂数学建模的情况下去除夹具接口的测试寄生效应，实现对液体与固体材料介电特性的精确测量；对测试样品处理要求低，夹具安装简洁，测试工作频率范围扩展灵活，适用范围广。 1

主权项

1.一种表征液体及固体材料介电特性的闭合同轴传输线测试系统，其特征在于，该闭合同轴传输线测试系统包括测试夹具、矢量网络分析仪(9)、计算机(10)和测试连接线(11)；所述的测试夹具包括双向SMA接头、螺钉(4)、防水橡胶垫圈(5)、两端开口连通结构的转接头(6)、具有电磁屏蔽效应的样品室(7)、样品室内导体(8)和待测样品；

所述的双向SMA接头一侧通过双向SMA接头双母头同轴内导体(3)与样品室内导体(8)插接相连，通过四孔法兰(1)将双向SMA接头固定在转接头(6)一端，另一侧通过测试连接线(11)与矢量网络分析仪(9)连接；所述的转接头(6)的另一端通过内孔螺纹与样品室(7)接合，转接头(6)内孔螺纹的末尾处为环形凹槽，安装环形防水橡胶垫圈(5)；所述的矢量网络分析仪(9)通过测试连接线(11)与测试夹具连接，对待测样品进行测试；计算机(10)与矢量网络分析仪(9)连接，进行数据采集与计算分析；所述的样品室内导体(8)、双向SMA接头双母头同轴内导体(3)和样品室(7)处于同一中轴线，待测样品置于位于两个转接头(6)之间样品室(7)的内部环形腔内；

所述的双向SMA接头由四孔法兰(1)、柱状筒形聚四氟乙烯(2)和双向SMA接头双母头同轴内导体(3)构成，双向SMA接头均为母头，母头两端为外螺纹，柱状筒形聚四氟乙烯(2)填充在四孔法兰(1)与双向SMA接头双母头同轴内导体(3)之间；所述的柱状筒形聚四氟乙烯(2)的内直径等于双向SMA接头双母头同轴内导体(3)的直径，外直径等于双向SMA接头外导体的内直径，长度等于双向SMA接头双母头同轴内导体(3)的长度；所述的双向SMA接头双母头同轴内导体(3)的两端母头尺寸与SMA接头母头内导体相同，均含有对称开缝内陷的圆柱形孔，孔终端为同轴锥形孔，通过同轴锥形孔与样品室内导体(8)连接；

所述的样品室内导体(8)两端为插针，其尺寸与双向SMA接头双母头同轴内导体(3)两端的母头尺寸相配合，样品室内导体(8)除去插针的主体长度与样品室(7)相等，主体部分直径与双向SMA接头双母头同轴内导体(3)直径相等。

2.根据权利要求1所述的闭合同轴传输线测试系统，其特征在于，所述的双向SMA接头、样品室(7)、转接头(6)、双向SMA接头双母头同轴内导体(3)和样品室内导体(8)均为奥氏体304不锈钢。

3.根据权利要求1或2所述的闭合同轴传输线测试系统，其特征在于，双向SMA接头和样品室(7)的内表面，双向SMA接头双母头同轴内导体(3)和样品室内导体(8)的表面进行抛光处理。

4.根据权利要求1或2所述的闭合同轴传输线测试系统，其特征在于，所述的待测样品为液体或固体材料。

5.根据权利要求3所述的闭合同轴传输线测试系统，其特征在于，所述的待测样品为液体或固体材料。

6.采用权利要求1‑5任一所述的闭合同轴传输线测试系统表征待测样品介电特性的方法,其特征在于，具体包括以下步骤：

第一步，准备测试仪器，采集数据

将计算机(10)与矢量网络分析仪(9)相连，获取测试仪器数据；将测试连接线(11)与矢量网络分析仪(9)对应端口相接，用标准校准件对矢量网络分析仪(9)进行全双端口校正，校正完毕后保存校正数据到矢量网络分析仪(9)中；

第二步，测试双向SMA接头的S参数

将双向SMA接头与矢量网络分析仪(9)双端口的测试连接线(11)连接，对双向SMA接头进行扫频测试得到双向SMA接头的全S参数S^a₁₁、S^a₂₁、S^a₁₂、S^a₂₂，并将矢量网络分析仪(9)测得的数据保存到计算机(10)；

第三步，将待测样品放入样品室(7)内；

第四步，测试待测样品

通过测试连接线(11)将测试夹具与矢量网络分析仪(9)两端口连接，对待测样品进行扫频测试，并将测得的测试夹具的双端口全S参数S^m₁₁、S^m₂₁、S^m₁₂、S^m₂₂导入计算机(10)保存；

第五步，去除测试寄生效应，计算介电特性参数

将第二步测得的全S参数S^a₁₁、S^a₂₁、S^a₁₂、S^a₂₂进行传输散射参数变换得到相应的T参数T^a₁₁、T^a₁₂、T^a₂₁、T^a₂₂；将第四步测得的全S参数S^m₁₁、S^m₂₁、S^m₁₂、S^m₂₂进行传输散射参数变换得到相应的T参数T^m₁₁、T^m₂₁、T^m₁₂、T^m₂₂；

通过链式传输矩阵计算去除双向SMA接头带来的测试寄生效应，得到待测样品的T参数T^d₁₁、T^d₂₁、T^d₁₂、T^d₂₂,再通过矩阵变换得到待测样品对应的全S参数S^d₁₁、S^d₂₁、S^d₁₂、S^d₂₂，全S参数S^d₁₁、S^d₂₁、S^d₁₂、S^d₂₂通过传输反射法反演得到待测样品的介电特性，所述的介电特性包括复介电常数、复磁导率、样品损耗正切或品质因数。