[发明专利]基于单端口多状态的材料电磁参数测试装置及方法

说明书

本发明提供了一种基于单端口多状态的材料电磁参数测试装置及方法，用于解决现有技术中材料电磁参数测试精度低的问题。其实现装置包括：导轨、固定支架、包含GPIB端口和测试端口的矢量网络分析仪、同轴电缆、导波传输结构以及滑动短路器；实现方法为：对材料电磁参数测试装置进行初始化，计算机对端接滑动短路器的误差网络的反射系数进行自检，计算机对端接测试网络的反射系数的实际值进行自检，计算机计算待测材料的反射系数的实际值，计算机计算待测材料的电磁参数。本发明实现了使用矢量网络分析仪一个测试端口对材料电磁参数进行测试，并对测试端口处的反射系数进行自检，提高了测试精度。

技术领域

本发明属于材料电磁参数测试技术领域，涉及一种材料电磁参数测试装置及方法，具体涉及一种基于单端口多状态的材料电磁参数测试装置及方法，可用于微波通信、国防军工、电子技术和新材料等众多领域中材料电磁参数的测试与分析。

背景技术

材料与电磁场的作用可以用电磁参数来描述，知道了材料的电磁参数就能判断材料在电磁场的效应，材料电磁参数主要包括复磁导率和复介电常数。材料电磁参数的测试在国防、信息技术、军事装备以及航天有关技术中有十分重要的意义，高精度的测试装置及方法的研究更一直是材料科学、生物电磁学、隐身技术、微波电路设计等电磁场和微波工程技术的实践领域的重要研究课题，例如在吸波材料的研制和生产过程中，如果能准确测定吸波材料的电磁参数，就可以进行吸波材料的仿真计算、优化设计和性能评估。

材料电磁参数测试方法主要包括谐振腔法和网络参数法。其中谐振腔法是将待测材料放入空腔谐振器中，根据待测材料置入腔体前后谐振频率和品质因数的变化，计算出待测材料的复电磁参数。由于损耗较大的材料在谐振腔内的频响曲线均不够尖锐，所以，谐振腔法只能对低损耗的材料进行测试。此外，谐振腔的谐振模式只能工作于单个频率点，不同频点的测试只能通过更换尺寸不同的腔体来完成，通用性较差。网络参数法其基本原理是将待测材料置于传输系统中，当作一段已知长度的介质填充传输线，通过矢量网络分析仪测量此段传输线的反射和传输性能，从而计算得到待测材料的复电磁参数。TRL(ThruReflect Line)法是基于网络参数法来实现的一种相对较成熟且易于实现的材料电磁参数测试方法，其主要思想是把待测材料及其测试夹具等效为双端口网络，通过测试该网络的散射参数或复反射系数([S]参数)，据此计算待测材料的复介电常数及复磁导率，可实现扫频以及宽频带测量。

目前，有两个主要因素影响TRL法测试精度，首先，TRL法校准时在矢量网络分析仪两个测试端口之间依次连入不同的校准件(直通、反射和标准空气线)进行三种状态下的校准。由于校准件的物理形式各不相同，在连入校准件的过程和放置待测材料时，不可避免的需要改变两个同轴电缆端口的物理位置，致使与之相连的同轴电缆发生物理状态变化，造成矢量网络分析仪采集的测试端口处反射系数的读数存在一定的幅度和相位误差，该误差会导致待测材料电磁参数的测试结果存在误差。此外，在材料电磁参数计算过程中，样品网络的的反射系数决定待测材料本身的复电磁参数，没有规律可循。导致TRL法在测试过程中，系统对获取的矢量网络分析仪采集的反射和传输系数无法进行准确性的判别，最终无法判别计算出的待测材料的电磁参数的准确性。