[发明专利]微波介质材料测试用高温校准装置及其校准方法

说明书

技术领域

本发明属于微波、毫米波材料电磁参数测试技术领域，具体涉及一种微波材料高温校准的装置及其校准方法。

背景技术

随着科学技术的发展，微波介质材料作为电磁波传输媒质广泛的应用于微波的各个领域，像卫星通信、微波通信、电子对抗、雷达导航、红外遥感、遥测等系统中，与此同时航空、航天以及军事技术发展非常迅猛，各种各样的飞行器的速度也越来越快，对高温材料的研制要求也越来越迫切，因此掌握微波介质材料参数对其研发、生产和使用有着极其重大的意义。

高温环境下很难得到微波材料准确的介电性能评估，并且微波材料高温测试系统所用的材料是能经受高温的钼、钨和石墨等，常规的矩形波导不能重复拆卸对其进行校准以及高温时不能对测试系统进行实时校准。矩形波导开缝主要是针对微波材料高温测试系统的校准而提出的。由于微波材料高温测试系统很难利用校准件进行校准，就无法扣除部分测试部件的影响，也就得不到很准确的材料介电性能。利用矩形波导中电磁场的分布理论，对矩形波导宽边进行开缝，并插入与缝尺寸相同的高反射插片利用步进电机控制以实现实时校准。

如图1所示矩形波导截面在直角坐标系中的位置，矩形波导工作模式TE₁₀为主模，根据“徐锐敏，唐璞，薛正辉，雷振亚.微波技术基础.科学出版社，2009”中矩形波导主模正向波的磁场分量有：

其中，a和b分别为矩形波导的宽边和窄边，A₁₀为振幅常数，a_x和a_z分别为x轴和z轴的单位矢量，ω为角频率，β为相位常数，t为时间。根据J_s＝n×H_τ(其中H_τ为内壁附近的切线磁场)，可以得到矩形波导表面电流分布为：

J_s|_x＝0＝a_x×H_τ|_x＝0＝a_yA₁₀e^j(ωt-βz) (3)

J_s|_x＝a＝-a_x×H_τ|_x＝a＝-a_yA₁₀e^j(ωt-βz)(4)

在波导宽壁中心处，即在y＝0，y＝b，x＝a/2处，由式(5)和式(6)可以得到：

根据式(7)可以得到其电流只有z轴分量，当在矩形波导宽壁中心处沿着电流方向开细缝对电流传输的影响非常的小，但当有高反射插片插入波导中时，则会将矩形波导的两个宽边连接起来了形成短路，即实现全反射。本发明的亮点就是利用以上原理提出了新型常温及高温环境下的校准技术。

发明内容

本发明的目的是提供一种可在高温环境下工作的微波介质材料测试用高温校准装置以及一种方便、快捷、高效的校准方法，减小测试系统的测试误差，提高微波介质材料复介电常数测试系统的可重复性，同时实现测试系统的自动化测试。

为实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：

一种微波介质材料测试用高温校准装置，包括：矢量网络分析仪、分别与矢量网络分析仪连接的两套材料和尺寸相同的波导，每套波导包括依次连接的同轴到波导转换接头、冷却波导、高反射和直通转换波导、隔热波导、高温波导、短路板，矢量网络分析仪的信号端口分别连接每个同轴到波导转换接头，高反射和直通转换波导中开缝插入高反射插片形成短路。

作为优选方式，所述高温波导为高温矩形测试波导。

本发明还提供一种利用上述校准装置的高温测试系统的校准方法，包括如下步骤：

(1)搭建测试系统，测试系统外部由强水冷真空密封腔提供测试所需的真空及吸收多余的温度以降低除加热区外的温度，避免高温对微波电缆及微波器件的损坏，利用固态感应加热设备作为加热源以提供高温环境；

(2)打开测试软件，设置好测试参数，在波导开缝处控制高反射插片的插入，即等效于全反射状态，运行测试软件进行自动校准；

(3)校准完毕后，测试常温下两高温波导中的反射系数S_11r空和S_22r空，在其中一个高温波导中放入待测介质样品进行测试，为了测试不同温度下材料的介电性能，在每一个待测温度点测试前进行一次校准以得到更准确的介电参数；