[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

本發明公開了一種材料微波復介電常數和復磁導率測試方法及系統，屬于微波、毫米波測試領域，方法包括：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；根據樣品傳輸系數和反射系數與第一輸入回波損耗、第二輸入回波損耗之間的函數關系計算樣品傳輸系數和反射系數，該函數關系基于傳輸線理論和邊界條件建立；根據復介電常數和復磁導率與樣品傳輸系數、反射系數之間的函數關系計算復介電常數和復磁導率。僅基于不同位置處的輸入回波損耗S₁₁參數計算復介電常數和復磁導率，測量波束既可垂直入射也可大角度斜入射，還能通過控制測試位置避免現有測試方法中存在厚度諧振的問題。

技術領域

本發明屬于微波、毫米波測試領域，更具體地，涉及一種材料微波復介電常數和復磁導率測試方法及系統。

背景技術

多層復合以及包含周期性單元的結構型材料具有靈活的電磁參數設計和調控特性，可實現比傳統均質材料更優異的電磁性能，并且具備良好的力學性能，在雷達吸波等領域具有廣闊的應用前景。對結構型電磁功能材料的復介電常數和復磁導率進行準確測試表征，成為該領域亟需突破的關鍵點。對于材料寬頻電磁參數測量，目前主要有同軸線法、波導法以及自由空間法。同軸線法和波導法對樣品加工精度要求較高，且只能測較小樣品，微波頻段的超構材料單元尺寸基本都是毫米級以上，同軸法和波導法制樣困難，且采樣單元太少無法表征整體材料的電磁參數。

自由空間測量電磁參數的方法主要分為終端短路法和傳輸反射法。終端短路法只能確定材料的介電常數，無法確定磁導率。傳輸反射法通過輸入回波損耗S₁₁和輸出回波損耗S₂₁兩個網絡參數計算材料的等效復介電常數和磁導率，該方法只能應用于垂直入射，其應用于斜入射時，需要一個發射天線和兩個接收天線，且透射接收天線由于電磁波信號經過材料的折射出射的位置不好確定，很難實現大角度斜入射。此外，傳輸反射法和終端短路法都存在厚度諧振現象，傳輸反射法在樣品厚度為測試半波長整數倍時出現厚度諧振，終端短路法在樣品厚度為測試四分之一波長整數倍時出現厚度諧振，影響測試結果的準確性。

發明內容

針對現有技術的缺陷和改進需求，本發明提供了一種材料微波復介電常數和復磁導率測試方法及系統，其目的在于僅基于輸入回波損耗S₁₁參數計算復介電常數和復磁導率，實現測量波束的大角度斜入射，降低測試難度，還能通過控制測試位置避免現有測試方法中存在厚度諧振的問題。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種材料微波復介電常數和復磁導率測試方法，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。

更進一步地，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,…。

更進一步地，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。

更進一步地，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：