[發明專利]一種材料微波復介電常數和復磁導率測試方法及系統

有效

• 申請號: 202110548840.1
• 申請日: 2021-05-20
• 公開（公告）號: CN113281572B
• 公開（公告）日: 2022-02-18
• 發明（設計）人: 龔榮洲;覃維;龔韋;王鮮;王韜
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01R27/26
• 分類號: G01R27/26;G01R33/12
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 胡秋萍

1.一種材料微波復介電常數和復磁導率測試方法，其特征在于，包括：

S1，獲取樣品材料在第一測試位置處的第一輸入回波損耗、以及在第二測試位置處的第二輸入回波損耗；

S2，根據所述第一輸入回波損耗與樣品傳輸系數和反射系數之間的第一函數關系、以及所述第二輸入回波損耗與樣品傳輸系數和反射系數之間的第二函數關系，計算樣品傳輸系數和反射系數，其中，所述第一函數關系和第二函數關系基于傳輸線理論和邊界條件建立；

S3，根據所述樣品傳輸系數與復介電常數和復磁導率之間的第三函數關系、以及所述反射系數與復介電常數和復磁導率之間的第四函數關系，計算所述復介電常數和復磁導率；

所述第三函數關系為：

其中，T為所述樣品傳輸系數，γ_b為樣品材料的傳播常數，d為樣品材料的厚度，j為虛數單位，λ₀為測試波束在空氣中的波長，ε_r為復介電常數，μ_r為磁導率；

所述第四函數關系為：

其中，Γ為所述反射系數，Y_a為空氣導納，Y_b為樣品材料導納，ε₀為空氣介電常數，μ₀為空氣磁導率。

2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述S1還包括：控制所述第一測試位置和第二測試位置之間的距離L以消除厚度諧振，所述距離L滿足：

L≠mλ₀/2

其中，λ₀為測試波束在空氣中的波長，m為正整數，m＝1,2,3,…。

3.如權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述S1包括：

以所述第一測試位置為參考面進行測試設備的端口校準；

利用校準后的測試設備測得所述第一輸入回波損耗和第二輸入回波損耗，所述第二測試位置位于所述第一測試位置與所述測試設備之間。

4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，當測量波束垂直入射至所述樣品材料時，所述第一函數關系和第二函數關系包括：

T_s＝exp(-γ₀L)

其中，為所述第一輸入回波損耗，為所述第二輸入回波損耗，T為所述樣品傳輸系數，Γ為所述反射系數，T_s為所述第一測試位置與第二測試位置之間空氣層的傳輸系數，γ₀為空氣傳播常數，L為所述第一測試位置與第二測試位置之間的距離。

5.如權利要求4所述的方法，其特征在于，樣品傳輸系數T和反射系數Γ為：

其中，Ω為第一參數，

6.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述S3中還包括根據所述第三函數關系計算樣品材料的傳播常數γ_b：

其中，n為可變整數，為1/T的相位。

7.如權利要求6所述的方法，其特征在于，測試波束的波長從大到小變化，所述S3中根據所述第三函數關系計算樣品材料的傳播常數γ_b包括：

實時判斷所述樣品材料的厚度是否小于所述測試波束的半波長，若小于，可變整數n為0；若不小于，當相位從-π跳變為π時，可變整數n減一，當相位從π跳變為-π時，可變整數n加一。

8.如權利要求6-7任一項所述的方法，其特征在于，復介電常數ε_r和復磁導率μ_r為：

其中，Λ為第二參數，且

9.一種材料微波復介電常數和復磁導率測試系統，其特征在于，包括：

獲取模塊，用于獲取樣品材料在第一測試位置處的第一輸入回波損耗、以及在第二測試位置處的第二輸入回波損耗；

第一計算模塊，用于根據所述第一輸入回波損耗與樣品傳輸系數和反射系數之間的第一函數關系、以及所述第二輸入回波損耗與樣品傳輸系數和反射系數之間的第二函數關系，計算樣品傳輸系數和反射系數，其中，所述第一函數關系和第二函數關系基于傳輸線理論和邊界條件建立；

第二計算模塊，用于根據所述樣品傳輸系數與復介電常數和復磁導率之間的第三函數關系、以及所述反射系數與復介電常數和復磁導率之間的第四函數關系，計算所述復介電常數和復磁導率；

所述第三函數關系為：

其中，T為所述樣品傳輸系數，γ_b為樣品材料的傳播常數，d為樣品材料的厚度，j為虛數單位，λ₀為測試波束在空氣中的波長，ε_r為復介電常數，μ_r為磁導率；

所述第四函數關系為：

其中，Γ為所述反射系數，Y_a為空氣導納，Y_b為樣品材料導納，ε₀為空氣介電常數，μ₀為空氣磁導率。