[发明专利]一种材料微波复介电常数和复磁导率测试方法及系统

说明书

本发明公开了一种材料微波复介电常数和复磁导率测试方法及系统，属于微波、毫米波测试领域，方法包括：获取样品材料在第一测试位置处的第一输入回波损耗、以及在第二测试位置处的第二输入回波损耗；根据样品传输系数和反射系数与第一输入回波损耗、第二输入回波损耗之间的函数关系计算样品传输系数和反射系数，该函数关系基于传输线理论和边界条件建立；根据复介电常数和复磁导率与样品传输系数、反射系数之间的函数关系计算复介电常数和复磁导率。仅基于不同位置处的输入回波损耗S₁₁参数计算复介电常数和复磁导率，测量波束既可垂直入射也可大角度斜入射，还能通过控制测试位置避免现有测试方法中存在厚度谐振的问题。

技术领域

本发明属于微波、毫米波测试领域，更具体地，涉及一种材料微波复介电常数和复磁导率测试方法及系统。

背景技术

多层复合以及包含周期性单元的结构型材料具有灵活的电磁参数设计和调控特性，可实现比传统均质材料更优异的电磁性能，并且具备良好的力学性能，在雷达吸波等领域具有广阔的应用前景。对结构型电磁功能材料的复介电常数和复磁导率进行准确测试表征，成为该领域亟需突破的关键点。对于材料宽频电磁参数测量，目前主要有同轴线法、波导法以及自由空间法。同轴线法和波导法对样品加工精度要求较高，且只能测较小样品，微波频段的超构材料单元尺寸基本都是毫米级以上，同轴法和波导法制样困难，且采样单元太少无法表征整体材料的电磁参数。

自由空间测量电磁参数的方法主要分为终端短路法和传输反射法。终端短路法只能确定材料的介电常数，无法确定磁导率。传输反射法通过输入回波损耗S₁₁和输出回波损耗S₂₁两个网络参数计算材料的等效复介电常数和磁导率，该方法只能应用于垂直入射，其应用于斜入射时，需要一个发射天线和两个接收天线，且透射接收天线由于电磁波信号经过材料的折射出射的位置不好确定，很难实现大角度斜入射。此外，传输反射法和终端短路法都存在厚度谐振现象，传输反射法在样品厚度为测试半波长整数倍时出现厚度谐振，终端短路法在样品厚度为测试四分之一波长整数倍时出现厚度谐振，影响测试结果的准确性。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种材料微波复介电常数和复磁导率测试方法及系统，其目的在于仅基于输入回波损耗S₁₁参数计算复介电常数和复磁导率，实现测量波束的大角度斜入射，降低测试难度，还能通过控制测试位置避免现有测试方法中存在厚度谐振的问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种材料微波复介电常数和复磁导率测试方法，包括：S1，获取样品材料在第一测试位置处的第一输入回波损耗、以及在第二测试位置处的第二输入回波损耗；S2，根据所述第一输入回波损耗与样品传输系数和反射系数之间的第一函数关系、以及所述第二输入回波损耗与样品传输系数和反射系数之间的第二函数关系，计算样品传输系数和反射系数，其中，所述第一函数关系和第二函数关系基于传输线理论和边界条件建立；S3，根据所述样品传输系数与复介电常数和复磁导率之间的第三函数关系、以及所述反射系数与复介电常数和复磁导率之间的第四函数关系，计算所述复介电常数和复磁导率。

更进一步地，所述S1还包括：控制所述第一测试位置和第二测试位置之间的距离L以消除厚度谐振，所述距离L满足：

L≠mλ₀/2

其中，λ₀为测试波束在空气中的波长，m为正整数，m＝1,2,3,…。

更进一步地，所述S1包括：以所述第一测试位置为参考面进行测试设备的端口校准；利用校准后的测试设备测得所述第一输入回波损耗和第二输入回波损耗，所述第二测试位置位于所述第一测试位置与所述测试设备之间。

更进一步地，当测量波束垂直入射至所述样品材料时，所述第一函数关系和第二函数关系包括：