[发明专利]电介质材料介电性能变温测试用自由空间终端短路系统

说明书

技术领域

本发明属于电介质材料介电性能测试技术领域，具体涉及微波、毫米波材料介电性能测试技术，尤其涉及一种电介质材料介电性能变温测试用自由空间终端短路系统。

背景技术

随着航空、航天以及相关军事领域技术的迅猛发展，各式各样飞行器的速度越来越快，对高温材料的研制要求也越来越高。当材料的工作环境温度发生变化，其介电性能也会发生相应的变化。因此，实现材料的变温测试，掌握电介质材料在不同工作温度下的介电性能信息，对适用于高温变温环境下材料的设计及研制具有极其重大的意义。

针对介质材料在微波、毫米波段的介电性能测试，网络参数法以其可以实现连续扫频测试，理论上可以得到测试频率范围内每个频点的数据，可实现高损耗材料的复介电常数测试等良好特点而被广泛运用。纵观国内外运用网络参数法对介质材料进行变温测试的文献相对较少，因此变温环境下介电材料的介电性能测量，不仅需要对被测材料环境进行改进，而且为保证测试工件在整个系统中能正常高效进行，进一步完善测试方法提高测试效果。

传统终端短路法测试系统采用单端口反射SOL（short-open-load）进行校准，即短路校准、开路校准以及匹配负载校准，而在校准过程中所使用的校准件并非理想校准件，所以在校准过程中必然存在一定的误差。以下项为校准时可能产生的误差：

（1）短路校准时所使用的短路平板，由于校准件在加工过程中的误差、变温短路校准时受热形变以及校准件长期放置在空气中导致其氧化，这些原因都会使短路校准件在校准时不能完全的反射来波信号；

（2）在开路校准时，需要将平板加热平台15向下移动λ/8，然后运用适量网络分析仪4进行开路校准，在实际的操作过程中很难保证平板加热平台15准确地向下移动λ/8，从而不能保证在校准过程中反射系数的相位为0，反射系数则会有一个附加的相位角，便使得开路校准不准确，会产生一定的误差；

（3）在进行匹配负载校准时，所采用的校准件一般采用的是尖锥形吸波材料，该吸波材料只能吸收一部分能量，不能保证很好的匹配，从而使匹配的校准也存在一定的误差。

这三个方面所造成的误差都会影响待测介质材料的测试精度，造成测试结果与真实值之间有一定的误差。此外，校准的过程也比较复杂，如果操作不当，误差将会变的很大，这就需要专业测试人员来进行终端短路法测试系统的校准和使用。因此，如果能省去上述三个校准过程，则其产生的误差将会大大减少，整个系统测试精度也会得到很大提高。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于电介质材料介电性能变温测试的自由空间终端短路测试系统，以实现电介质材料介电性能的变温测试，以解决传统电介质材料介电性能终端短路法测试系统所存在的校准繁琐、难度大、测试效率低和误差较大的技术问题。

本发明的技术方案如下：

电介质材料介电性能变温测试用自由空间终端短路系统，如图1所示，包括材料加热系统1、毫米波宽带圆锥喇叭天线2、信号能量传输接收系统3、矢量网络分析仪4、水冷系统5、抽真空系统6。

材料加热系统1采用移动真空平台结构，该系统包括两个石英透镜111和112、真空罩13、电磁感应加热装置14以及移动平台15。两个相同的石英透镜111和112对称地镶置于真空罩13顶部宽边中线上（即石英透镜111和112的几何中心位于真空罩13顶部宽边中线上，且关于真空罩13顶部宽边中线的中点对称）；电磁感应加热装置14固定于移动平台15上面，对置于电磁感应加热装置14上面的被测样品进行加热；真空罩13将电磁感应加热装置14罩在内部；移动平台能够沿真空罩13顶部宽边中线方向做水平移动。

毫米波宽带喇叭天线2采用点聚焦透镜圆锥喇叭结构，如图3所示。该天线由顺序连接的矩圆过渡结构21、天线喇叭22及喇叭透镜23组成。所述喇叭透镜23由两个单面透镜231和232组成双透镜，整个透镜内部空间由聚四氟乙烯填充。

信号能量传输接收系统3包括两段同轴电缆31和33，两个同轴-矩形转接头32和34，一个隔离器35和一个耦合器36；矢量网络分析仪测试信号输出端顺序经过第一同轴电缆33、第一同轴-矩形转接头34、隔离器35与耦合器36的直通端相连，耦合器36的直通端口与毫米波宽带喇叭天线2的矩圆过渡结构21相连；耦合器36的耦合端通过第二同轴-矩形转接头32、第二同轴电缆33与矢量网络分析仪测试信号输入端相连。

毫米波宽带喇叭天线2位于材料加热系统1的正上方，以保证测试信号能够通过毫米波宽带喇叭天线2、石英透镜111或112进入真空罩13内部空间。