[发明专利]一种基于矩形谐振腔的电磁参数测量方法

摘要

本发明公开了一种基于矩形谐振腔的电磁参数测量方法，复介电常数与复磁导率是描述材料电磁特性的重要参数，矩形谐振腔相比其他谐振腔相比，具有结构简单，计算方便的优点，且矩形谐振腔谐振频率与复介电常数与复磁导率的实部呈线性关系，品质因数的倒数与复介电常数和复磁导率的虚部呈线性关系。因此，利用标定线性系数的方法对材料的电磁参数进行测量。采用线性系数标定的方法进行材料电磁参数的测量。本发明无需对网络分析仪进行复杂的校准，可以有效减少测量时间；无需对谐振腔进行特殊加工，有效的降低了测量成本；利用已知电磁参数的材料进行线性系数的标定，可以有效提高测量精度。

主权项

1.一种基于矩形谐振腔的电磁参数测量方法，其特征在于：本方法的实施过程如下，步骤1)：建立谐振腔谐振参数与复电磁参数之间的关系表达式；谐振腔谐振频率与复介电常数实部、复磁导率实部，谐振腔品质因数倒数与复介电常数虚部、复磁导率虚部之间存在线性关系；因此，通过线性系数标定的方法，利用谐振腔谐振参数表征待测材料的复电磁参数：其中，ε’为复介电常数的实部；ε”为复介电常数的虚部；μ’为复磁导率的实部；μ”为复磁导率的虚部；f为谐振频率，Q为品质因数，下标0表示空腔状态下的参数，下标s表示插入待测材料后谐振腔的谐振参数；V0为谐振腔体积；Vs为待测材料体积；Vc表示腔体的体积；A和B分别为待定系数；步骤2)：搭建微波检测系统；该检测系统包括：矢量网络分析仪(1)、同轴电缆(2)、耦合短路板(3)、标准矩形波导WR‑90(5)和矩形谐振腔(6)；标准矩形波导WR‑90(5)通过同轴电缆(2)与矢量网络分析仪(1)连接；耦合短路板(3)、标准矩形波导WR‑90(5)与矩形谐振腔(6)通过螺栓孔(4)相连接；矩形波导管(1)为矩形谐振腔(6)的中心结构，在矩形波导管(1)水平方向的中心位置处开有圆形孔即复介电常数测量孔(8)，复介电常数测量孔(8)用来测量复磁导率；在矩形波导管(1)垂直方向的中心位置处开有圆形孔即复磁导率测量孔(7)，复介电常数测量孔(8)和复磁导率测量孔(7)作为待测材料的放置孔，分别用来测量复磁导率与复介电常数；步骤3)：复电磁参数的测量；利用矢量网络分析仪(1)设置扫频范围，通过标准矩形波导WR‑90(5)将测试微波沿耦合孔(9)耦合入矩形谐振腔(6)，电磁波通过两耦合短路板(3)反射，在谐振腔内产生驻波分布，形成谐振；将已知复介电常数的材料沿中心孔(8)插入矩形谐振腔，选择奇数工作模，利用矢量网络分析仪提取谐振参数f、Q，结合公式(1)、(2)进行线性系数A的标定；将已知复磁导率的材料沿中心孔(7)插入谐振腔，选择偶数工作模，利用矢量网络分析仪提取谐振参数f、Q，结合公式(3)、(4)进行线性系数B的标定；在线性系数标定完成后，将待测材料分别沿中心孔即复磁导率测量孔(7)、复介电常数测量孔(8)插入谐振腔，并分别选择偶数与奇数工作模态，利用矢量网络分析仪获取加载前后谐振腔的谐振参数，结合公式(1)‑(4)最终实现复电磁参数测量。