[發明專利]一種多頻點材料測試系統及方法

有效

• 申請號: 201811383015.5
• 申請日: 2018-11-20
• 公開（公告）號: CN109521079B
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發明（設計）人: 江子奇;胡大海;趙銳;殷志軍;王亞海
• 申請（專利權）人: 中電科思儀科技股份有限公司
• 主分類號: G01N27/60
• 分類號: G01N27/60;G01R27/26;G01R23/16
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 董雪

本公開公開了一種多頻點材料測試系統及方法，通過同軸開式諧振腔的主模沒有雜模干擾的優點，通過諧振頻點的偏移推出被測材料的介電常數，再通過算法反推出更高頻段內的諧振頻點偏移后的大致所在位置，從而擴展了測試頻率的范圍，本公開的多頻點材料測試方法適用于大多數材料的測量，尤其適用于石英、聚四氟乙烯、藍寶石、剛玉、陶瓷等介電特性隨頻率變化小的材料的測量。

技術領域

本公開涉及微波測量相關技術領域，具體的說，是涉及一種多頻點材料測試系統及方法。

背景技術

本部分的陳述僅僅是提供了與本公開相關的背景技術信息，不必然構成在先技術。

微波材料作為電磁波傳輸媒質已廣泛的應用于微波的各個領域，比如微波電路、通信、雷達隱身等。微波材料的電磁參數完全決定了電磁波在其中的傳播特性。準確了解電磁參數值，對于微波能的應用和材料在微波頻段的各類應用是必不可少的。介質材料的電磁參數一般是指復介電常數和復磁導率，其中主要集中于其介電特性的研究，有關材料磁特性的測量只占少數，介電常數通常以復數形式ε(jω)＝ε′(jω)-jε″(jω)，它是描述材料和電磁場相互作用最基本的特征參數。

目前，材料的電磁參數測試方法按測量原理可分為傳輸線法、諧振腔法兩大類。但這兩種方法都各自存在一些問題，比如傳輸線法測試精度不高，制作樣品不方便，并且校準精度要求高；諧振腔法是基于微擾法進行的測試，諧振腔體法的原理是將材料樣品放入封閉或者開放的諧振腔體中，根據放入前后其諧振頻率和品質因子Q值的變化來確定樣品復介電常數和復磁導率，通常是將樣品置于諧振腔中電場最小磁場最大處測量樣品的復介電常數，用諧振腔法來測量材料的介電特性的優點是測試精度高。用來測量材料的介電特性缺點是只能進行點頻測試，且由于雜模影響，可使用的測試頻點少，可測帶寬窄，對于高頻的測試難度大。而且微擾法的諧振腔是圓柱或矩形的空心腔體結構，測量要滿足被測樣品的尺寸少于腔體尺寸的幾十分之一，使得夾具尺寸太小，沒有實用性。多頻點測試需要在多個工作于不同頻率的諧振腔內進行，這對于金屬諧振腔無論是矩形的還是圓形的諧振腔都會大大增加測試成本，現有的諧振腔法測量材料的復介電常數，無法實現多頻點測量。

發明內容

本公開為了解決上述問題，提出了一種多頻點材料測試系統及方法，根據同軸開式諧振腔的主模沒有雜模干擾的優點，通過諧振頻點的偏移推出被測材料的介電常數，再通過算法反推出更高頻段內的諧振頻點偏移后的大致所在位置，從而擴展了測試頻率的范圍。為了實現上述目的，本公開采用如下技術方案：

一種或多個實時例提供了一種多頻點材料測試系統，包括矢量網絡分析儀和同軸開式諧振腔；所述同軸開式諧振腔包括外導體、內導體、第一信號耦合環和第二信號耦合環；外導體為含有開口端的中空圓柱體，內導體為實心圓柱體，內導體固定在外導體的內部并與外導體同軸設置，開口端的開口的中心設置在內導體和外導體軸線上，開口的端面與內導體3和外導體2軸線垂直，所述內導體和外導體之間形成空腔并通過所述開口與外界相通形成開式的諧振腔，所述開口處用于放置待測材料；

所述第一信號耦合環和第二信號耦合環設置在外導體的內表面，所述同軸開式諧振腔通過第一信號耦合環和第二信號耦合環與矢量網絡分析儀連接。

進一步的，所述外導體的開口端為圓臺體形狀，開口設置在圓臺體的頂部，所述開口為圓形。

進一步的，所述內導體靠近開口的一端為圓錐體。

進一步的，所述內導體和外導體材料為銅。

一種或多個實時例提供了一種基于上述一種多頻點材料測試系統的測試方法，包括如下步驟：

1)通過矢量網絡分析儀測得不放置材料時第p個模式TEMp模式下的空腔的諧振頻率及品質因數，若n表示第n個TEM波，此時n＝p,p為自然數，且p≤5；

2)分別測量TEMp模式下放置已知復介電常數的標準樣品與被測樣品時諧振頻率和品質因數，標準樣品至少為兩個；