[其他]微波吸收材料的復(fù)介電常數(shù)和復(fù)磁導(dǎo)率的測(cè)試方法及系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 101987000007345
• 申請(qǐng)日: 1987-12-07
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN1004173B
• 公開(kāi)（公告）日: 1989-05-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 倪爾湖;施鐵矛;張志鳴;沈建華
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 代理公司: 浙江大學(xué)專(zhuān)利代理事務(wù)所
• 代理人: 張法高

一種微波吸收材料的復(fù)介電常數(shù)ε和復(fù)導(dǎo)磁率μ的測(cè)試方法和系統(tǒng)。用微波干涉方法，定標(biāo)技術(shù)和比對(duì)測(cè)量的方法，得到散射系數(shù)Ｓ１１和Ｓ２１。該系統(tǒng)包括微波信號(hào)單元，能進(jìn)行四種不同測(cè)量轉(zhuǎn)換的放樣品裝置和Ｓ參數(shù)測(cè)量單元。后者由衰減器，駐波測(cè)量線，隔離器，功率傳感器和指示器組成。本系統(tǒng)建立容易，操作簡(jiǎn)單，價(jià)格低。其測(cè)量精度不低于用微波矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀所獲得的結(jié)果。

微波吸收材料的復(fù)介電常數(shù)和復(fù)磁導(dǎo)率的測(cè)試方法及系統(tǒng)

本發(fā)明屬于微波吸收材料的復(fù)介電常數(shù)和復(fù)磁導(dǎo)率的測(cè)試方法及系統(tǒng)。

由于射頻到微波頻譜應(yīng)用的發(fā)展，特別是作為研究天然材料，人工合成材料和生物體組織的重要手段，以及在通信和電子對(duì)抗方面的應(yīng)用，測(cè)量各種有機(jī)和無(wú)機(jī)的電介質(zhì)、半導(dǎo)體、鐵氧體等的復(fù)介電常數(shù)ε＝ε′-jε″和復(fù)磁導(dǎo)率μ＝μ′-jμ″愈來(lái)愈增加它的重要性，對(duì)于中、低損耗材料已有許多可靠的測(cè)量方法;對(duì)于高損耗材料，過(guò)去廣泛采用測(cè)量線的開(kāi)路-短路法，但當(dāng)樣品損耗增高時(shí)，該方法的測(cè)量誤差顯著升高，靈敏度下降，其測(cè)量結(jié)果難以滿足要求。ADA100764、ADA120577介紹了利用微波矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)量放樣品裝置的兩個(gè)散射系統(tǒng)S₁₁和S₂₁，按有關(guān)公式計(jì)算微波吸收材料的復(fù)介電常數(shù)和復(fù)磁導(dǎo)率。這個(gè)測(cè)試系統(tǒng)由微波信號(hào)源、用于測(cè)量散射系數(shù)S₁₁和S₂₁的放樣品裝置以及微波矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀構(gòu)成，利用計(jì)算機(jī)準(zhǔn)確度提高技術(shù)，可以滿足目前的要求。

然而，微波矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀不具備直接測(cè)量材料復(fù)介電常數(shù)和復(fù)磁導(dǎo)率的功能，當(dāng)需要這方面應(yīng)用時(shí)，還要解決一些特殊的技術(shù)問(wèn)題和計(jì)算程序。例如要自行設(shè)計(jì)帶狀線或其他結(jié)構(gòu)的放樣品裝置，及與這些結(jié)構(gòu)有關(guān)的轉(zhuǎn)換接頭;或配置高性能的同軸-波導(dǎo)轉(zhuǎn)換。這些都是高難度的工作，且往往不易得到滿意的結(jié)果。盡管微波矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的上限頻率已達(dá)到100GHz，但用它來(lái)測(cè)量ε、μ的最高頻率約為20GHz。此外，該類(lèi)網(wǎng)絡(luò)分析儀價(jià)格昂貴（hp公司的8510A型，到20GHz的全套儀器售價(jià)18萬(wàn)美元）。

本發(fā)明的目的是提供一種微波吸收材料的復(fù)介電常數(shù)和復(fù)磁導(dǎo)率的測(cè)試方法和系統(tǒng)。

本發(fā)明可以用現(xiàn)成的微波元、器件和電子儀器組合而成，不需另外設(shè)計(jì)放樣品的裝置。樣品是容易加工的長(zhǎng)方體，建立系統(tǒng)與操作均比較簡(jiǎn)單，不需計(jì)算機(jī)進(jìn)行誤差修正，適用于3～40GHz的寬廣頻段，每一波導(dǎo)頻段的價(jià)格不超過(guò)3萬(wàn)元人民幣，但能得到的測(cè)量精度不低于用微波網(wǎng)絡(luò)分析儀所獲得的結(jié)果。

本發(fā)明的測(cè)試方法為：將波長(zhǎng)為λ₀的微波信號(hào)分成兩路，一路沿與待測(cè)樣品厚度方向成小于90°角的方向饋向厚度為1的樣品，并使樣品背面沒(méi)有電磁波入射。這時(shí)在樣品前面產(chǎn)生多次反射，反面產(chǎn)生多次透射，這些反射和透射信號(hào)包含著材料復(fù)介電常數(shù)ε和復(fù)磁導(dǎo)率μ的總信息。將另一路微波信號(hào)進(jìn)行幅度衰減，獲得連續(xù)可細(xì)調(diào)的參考信號(hào)，它分別與來(lái)自樣品的反射信號(hào)和透射信號(hào)進(jìn)行干涉、比對(duì)，調(diào)節(jié)衰減量達(dá)到駐波節(jié)點(diǎn)最小電平，測(cè)得反射下的衰減量A_ti和駐波節(jié)點(diǎn)的位置P_ri，以及透射下的衰減量A_ti和駐波節(jié)點(diǎn)的位置P_ti。再將上述可調(diào)的參考信號(hào)分別與來(lái)自與樣品前平面同位置短路板的反射信號(hào)和來(lái)自空波導(dǎo)的透射信號(hào)進(jìn)行干涉、比對(duì)，調(diào)節(jié)衰減量達(dá)到駐波節(jié)點(diǎn)的最小電平，測(cè)得對(duì)反射定標(biāo)的衰減量A_ro和駐波節(jié)點(diǎn)的位置P_ro，以及對(duì)透射定標(biāo)的衰減量A_to和駐波節(jié)點(diǎn)的位置P_to。計(jì)算反射下衰減量的變化A_r＝A_ri-A_ro和駐波節(jié)點(diǎn)移動(dòng)

P_r＝P_ro-P_ri+nλ_g/2＜λ_g/2，n＝0，1，2……，

獲得散射系數(shù)S₁₁

式中λ_g是波導(dǎo)波長(zhǎng)，λ_g＝是截止波長(zhǎng)。