【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于微波测试，具体涉及一种基于终端短路法的微波平板材料电磁参数测试系统及方法。
技术介绍
1、电磁参数是描述材料电磁特性的两个基本特征参数，具体为材料的复介电常数和复磁导率，它们表征了材料与电磁场的相互作用。介电常数是研究材料与电磁波互相作用时的核心参数之一，具有十分重要的意义。例如，高介电常数材料在当前热门的微电子行业中应用甚广，不同材料的复合技术使制备高介电常数材料成为可能。由于高介电常数材料独具很多特殊物理特性，因此可用于加工有特殊性能的新器件。而低介电常数材料的研究也在世界范围内展开，这些材料也通常具有优良的特性，如在电性能方面，具有低损耗和低泄漏电流的特点；在热性能方面，具有高稳定性和低收缩性；在机械性能方面，具有高附着力和高硬度的特点等等。另外，磁性材料也被应用到各个领域新型元件的开发与设计中，以铁氧体为代表的磁性材料在脉冲功率及电磁兼容领域有着广泛的应用。随着微波材料在各个领域的广泛应用，准确的测量微波材料的复介电常数和复磁导率显得尤为重要，一种能同时测量微波材料的复介电常数和复磁导率的方法急需被开发出来。
2、但目前现有的检测技术主要针对于非磁性微波材料的复介电常数的测量。如李建桥的论文《材料介电性能自由空间终端短路法变温测试技术研究》中使用自由空间终端短路法对微波材料进行了变温测试，通过设计全新的金属椭球反射面、馈源天线和金属反射板，搭建了高温测试系统，实现了可测试微波波段15ghz～17ghz，可测温度范围为室温～1000℃；但是，该方法仅能对微波材料的进行复介电常数的测量而不能对磁性材
3、因此，如何实现同时对微波材料的复介电常数与复磁导率测试并进行参数提取，对当下微波材料测试具有重要实际意义。
技术实现思路
1、针对
技术介绍
所存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种基于终端短路法微波平板材料电磁参数测试系统及方法。该专利技术创新地设计了一套终端短路法测试系统，同时设计了电磁参数提取算法，能够实现对微波平板材料复介电常数与复磁导率的同时提取。本专利技术系统具有自动化高、测试频带宽、检测方式简便、准确率高等优点。
2、为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：
3、基于终端短路法的微波平板材料电磁参数测试系统，包括非金属支架1、第一透波板3、第二透波板4、金属板5、金属椭圆反射面6、收发天线7、矢量网络分析仪8和电脑9；
4、所述非金属支架1包括一个水平面，用于支撑，第一透波板3、待测微波平板材料2和金属板5从上至下依次设置于非金属支架1的水平面上；金属椭圆反射面6设置于透波材料板的正上方，用于聚焦收发天线7发射和接收的电磁波，其焦平面与待测微波平板材料平面重合，使发射的电磁波在待测微波平板材料2表面近似为均匀平面波；收发天线7通过同轴电缆与矢量网络分析仪8相连接，矢量网络分析仪8用于测量得到待测微波平板材料的s参数，电脑9用于控制网络分析仪8，实现对材料的自动测量；
5、第二透波板4用于在第一次测量结束后替换第一透波板3，以实现复介电常数与复磁导率两个电磁参数的同时输出；第二透波板4和第一透波板3的介电常数不同。
6、进一步地，所述非金属支架用于减少桌面反射，其材料优选为木材。
7、进一步地，收发天线7为双模喇叭天线或波纹喇叭天线，用于实现宽带范围的测试。
8、进一步地，第二透波板4和第一透波板3的介电常数的差值绝对值应大于等于6；优选地，第一透波板3的材料为石英，第二透波板4的材料为氧化锆；由于石英和氧化锆具有耐高温、硬度大、损耗低的特点，二者介电常数差别较大，容易构建不同状态微波网络，从而为介电常数和磁导率两个参数同时测量提供基础。
9、进一步地，待测微波平板材料2的表面应光滑平整，以满足均匀平面波传播方向与待测微波平板材料表面垂直；其长宽高尺寸优选为200mm×200mm×2mm。
10、进一步地，金属椭圆反射面6的材料为黄铜。
11、本专利技术还提供基于上述电磁性能测试系统进行电磁参数测试的方法，包括以下步骤：
12、步骤1.调整测试系统，具体为：
13、步骤1.1.调整金属板5位置，使金属板平面与金属椭圆反射面6的焦平面上相重合，且均与平面波的传播方向垂直；
14、步骤1.2.调节收发天线空间位置，使收发天线的反射参数s11高于-30db；
15、步骤1.3.在矢量网络分析仪中设置测试参数，参数具体数值根据实际需求进行设置；
16、步骤2.对测试系统在常温下进行sol(short-open-load)校准，并记录校准下的单端口短路反射参数单端口开路反射参数单端口匹配反射参数
17、步骤3.利用矢量网络分析仪测得单端口短路反射参数
18、步骤4.在金属板表面依次放置待测微波平板材料、第一透波板，并使三者中心保持一致，调整金属椭圆反射面，使待测微波平板材料与金属椭圆反射面的焦平面上相重合，然后利用矢量网络分析仪测得单端口反射参数s11m1，利用校准数据和测试数据，得到待测材料的实际的反射参数s11a1，计算公式如下：
19、
20、步骤5.将第一透波板更换为第二透波板，并使金属反射板、待测微波平板材料、第二透波板三者中心保持一致，然后利用矢量网络分析仪测得单端口反射参数s11m2，利用校准数据和测试数据，得到待测材料的实际的反射参数s11a2，计算公式如下：
21、
22、步骤6.基于两次得到的实际反射参数反演得到待测平板材料的复介电常数与复磁导率，具体计算过程为：
23、
24、
25、其中，η0、η1、η2和η3分别为空气、第一透波板、第二透波板和待测平板材料的波阻抗；d1、d2和d3分别为第一透波板、第二透波板和待测平板材料的厚度；γ1、γ2和γ3分别为平面波在第一透波板、第二透波板和待测平板材料中的传播常数；
26、归一化的波阻抗由下式得到：
27、
28、传播常数由下式得到：
29、
30、其中，λ是自由空间的波长，j为虚部；
31、因此，联立(3)(4)两式即可求解得到微波平板材料的复介电常数εr和复磁导率μr。
32、进一步的，步骤1.3中测试参数具体包括测试频率带宽和中频带宽。
33、综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于终端短路法的微波平板材料电磁参数测试系统，其特征在于，包括非金属支架、第一透波板、第二透波板、金属板、金属椭圆反射面、收发天线、矢量网络分析仪和电脑；
2.如权利要求1所述的微波平板材料电磁参数测试系统，其特征在于，所述非金属支架的材料为木材。
3.如权利要求1所述的微波平板材料电磁参数测试系统，其特征在于，收发天线为双模喇叭天线或波纹喇叭天线。
4.如权利要求1所述的微波平板材料电磁参数测试系统，其特征在于，第二透波板和第一透波板的介电常数的差值的绝对值应大于等于6。
5.如权利要求4所述的微波平板材料电磁参数测试系统，其特征在于，第一透波板的材料为石英，第二透波板的材料为氧化锆。
6.如权利要求1所述的微波平板材料电磁参数测试系统，其特征在于，待测微波平板材料的表面应光滑平整，以满足均匀平面波传播方向与待测微波平板材料表面垂直。
7.如权利要求6所述的微波平板材料电磁参数测试系统，其特征在于，待测微波平板材料的长宽高尺寸为200mm×200mm×2mm。
8.如权利要求1所述的微波平板
9.一种电磁参数测试的方法，其特征在于，包括以下步骤：
10.如权利要求9所述的电磁参数测试的方法，其特征在于，步骤1.3中测试参数具体包括测试频率带宽和中频带宽。
...【技术特征摘要】
1.基于终端短路法的微波平板材料电磁参数测试系统，其特征在于，包括非金属支架、第一透波板、第二透波板、金属板、金属椭圆反射面、收发天线、矢量网络分析仪和电脑；
2.如权利要求1所述的微波平板材料电磁参数测试系统，其特征在于，所述非金属支架的材料为木材。
3.如权利要求1所述的微波平板材料电磁参数测试系统，其特征在于，收发天线为双模喇叭天线或波纹喇叭天线。
4.如权利要求1所述的微波平板材料电磁参数测试系统，其特征在于，第二透波板和第一透波板的介电常数的差值的绝对值应大于等于6。
5.如权利要求4所述的微波平板材料电磁参数测试系统，其特征在于，第一透波板的材料为石英，第二...
【专利技术属性】
技术研发人员：高勇，杨行健，陈楠，冉璇，龙嘉威，高冲，余承勇，张云鹏，李恩，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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