The invention discloses a free space method for measuring dielectric constant by adding polarized grids and a measuring method thereof, belonging to the field of electromagnetic and microwave technology. The invention is based on free space measurement system on the current near the sample side with polarization grid, electromagnetic wave reflection and transmission parameters through different network parameter measurement curve with polarization angle grid through electromagnetic wave grid and other path unchanged; and the change of signal carrying the dielectric information of the sample, so changes in the curve of the amplitude coefficient inversion of dielectric constant of the sample. In a stable environment, the change of network parameters with the polarization angle is not sensitive to the electromagnetic environment, so the effect of electromagnetic wave diffraction and diffraction in the experimental environment is effectively reduced. In addition, the focusing lens antenna uses a consumable material polylactic acid (PLA), which effectively reduces the multiple reflections of electromagnetic waves between antennas, and makes the experimental results more accurate.
【技术实现步骤摘要】
一种加入极化栅的自由空间法介电常数测量系统及测量方法
本专利技术涉及一种加入极化栅的自由空间法介电常数测量系统,属于电磁场与微波
技术介绍
介电常数是物质的重要电磁参数,实现对物体介电常数的精确测量有非常重要的意义。目前的介电常数测量技术按照测试原理的不同主要分为网络参数法和谐振腔法两类。其中,网络参数法又可分为终端加载法、自由空间法和传输/反射法等。自由空间法是一种开场电磁特性参数测试技术,属于传输/反射法的一种。自由空间法的测量系统如图1所示,主要由一对点聚焦透镜天线、控制计算机和矢量网络分析仪组成。其原理是聚焦透镜天线将电磁波辐射到自由空间,在天线的焦平面附近形成稳定的准TEM波束,此波束垂直入射到样品表面后,由于介质表面处的不连续性,致使电磁波在介质与空气交界面处发生多次反射和透射。反射信号被发射天线接收后进入矢量网络分析仪的1端口,利用耦合信号与参考信号的比值获得反射参数,同理,透射信号经接收天线接收后进入矢量网络分析仪的2端口,通过与参考信号的比值得到透射参数。这两个系数包含了介质的电磁信息。将被测网络设为双端口网络。通过测量整个网络的反射参数和透射参数,就可由理论公式计算出介质的介电常数。自由空间法相比于其他几种方法,对样品的要求较低,只需足够大的一块双面平行的平板。自由空间法的样品安放方便,克服了闭场域下的同轴线法及其矩形波导法中的配合间隙问题。与此同时,自由空间法测量也存在着许多问题,主要包括样品边缘绕射问题,相位模糊问题以及厚度谐振问题。其中,对实验结果精确性和稳定性影响较大的是边缘绕射问题。由于自由空间法是开场域测试,外界对 ...
【技术保护点】
一种加入极化栅的自由空间法介电常数测量系统,包括一对聚焦透镜天线、控制计算机、步进电机、矩圆模式变换器A、矩圆模式变换器B以及矢量网络分析仪,所述的一对聚焦透镜天线分别为发射天线和接收天线;所述的发射天线通过矩圆模式变换器A与矢量网络分析仪的端口A连接,所述的接收天线通过矩圆模式变换器B与矢量网络分析仪的端口B连接,所述的矢量网络分析仪连接控制计算机,控制计算机将接收到的数据进行处理计算得出待测样品的介电常数;其特征在于:在待测样品和发射天线之间靠近待测样品处设置一极化栅网,所述的极化栅网连接有步进电机,步进电机连接到控制计算机,用来控制极化栅网的角度旋转;所述的发射天线、极化栅网、待测样品和接收天线的中心依次从左到右同轴布置。
【技术特征摘要】
1.一种加入极化栅的自由空间法介电常数测量系统,包括一对聚焦透镜天线、控制计算机、步进电机、矩圆模式变换器A、矩圆模式变换器B以及矢量网络分析仪,所述的一对聚焦透镜天线分别为发射天线和接收天线;所述的发射天线通过矩圆模式变换器A与矢量网络分析仪的端口A连接,所述的接收天线通过矩圆模式变换器B与矢量网络分析仪的端口B连接,所述的矢量网络分析仪连接控制计算机,控制计算机将接收到的数据进行处理计算得出待测样品的介电常数;其特征在于:在待测样品和发射天线之间靠近待测样品处设置一极化栅网,所述的极化栅网连接有步进电机,步进电机连接到控制计算机,用来控制极化栅网的角度旋转;所述的发射天线、极化栅网、待测样品和接收天线的中心依次从左到右同轴布置。2.根据权利要求1所述的一种加入极化栅的自由空间法介电常数测量系统,其特征在于:所述的发射天线和接收天线结构完全相同,相对放置于精密滑动导轨上;透镜材料选择有损耗的聚乳酸材料。3.根据权利要求1或2所述的一种加入极化栅的自由空间法介电常数测量系统,其特征在于:待测样品放于发射天线和接收天线之间的支架上,通过调节发射天线和接收天线在导轨上的位置,使发射天线和接收天线的焦平面重合,并使得待测样品位于所述的重合的焦平面处;所述待测样品的面积为发射天线或接收天线焦斑的3倍大小,且完全覆盖极化栅网,极化栅网的面积为待测样品面积的85%。4.根据权利要求1所述的一种加入极化栅的自由空间法介电常数测量系统,其特征在于:所述的极化栅网为圆形,极化栅网与待测样品的距离不大于待测频段波长的十分之一。5.一种加入极化栅的自由空间法介电常数测量方法,其特征在于:所述方法包括如下步骤,第一步,利用步进电机驱动极化栅网在所在平面内绕圆心旋转一周,矢量网络分析仪测得网络的透射参数S21和反射参数S11随极化栅网旋转角度变化的实时数据;第二步,再将待测样品拿去,重复第一步,得到直通情况下透射参数S21直和反射参数S11直随极化栅网角度变化的数据;第三步,绘制出四个网络参数S21、S11、S11直、S21直随极化栅网角度的变化曲线;第四步,利用软件拟合出每条参数变化曲线中的常数系数,然后通过理论推导,得到待测样品的介电常数。6.根据权利要求5所述的一种加入极化栅的自由空间法介电常数测量方法,其特征在于:第四步中所述的理论推导具体如下:设极化栅网的槽缝角度为,发射天线发射的电磁波极化角度为θ,待求解的待测样品两端的反射参数和透射参数分别为R和T;根据电磁场的相关理论,在直通和加待测样品两种...
【专利技术属性】
技术研发人员:白明,宇文丽,刘大伟,张博明,
申请(专利权)人:北京航空航天大学,
类型:发明
国别省市:北京,11
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