一種寬帶電磁特性時域同軸傳輸線測量方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種寬帶電磁特性時域同軸傳輸線測量方法，傳輸線分為L1和L2兩段分別為空氣填充，L段為被測材料填充段，利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的時域測量方法，獲得多次反射脈沖信號，第一個脈沖信號為L1與L交界面的反射信號，第二個脈沖信號為L與L2交界面的反射信號，第三個脈沖信號為電磁波信號反向傳輸?shù)竭_(dá)L與L1交界面的反射信號，每個脈沖信號都包含了材料電磁信息，利用其中某幾個特定脈沖就可能獲得材料電磁特性。采用上述方案，具有樣品定位功能。由于同軸空氣線截面尺寸比較小，通過傳統(tǒng)的機(jī)械測量方法很難獲得材料在夾具當(dāng)中的準(zhǔn)確位置。通過矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的時域測量功能，從脈沖反射點位置可以獲得材料到端口的距離。
【專利說明】一種寬帶電磁特性時域同軸傳輸線測量方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于頻域【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及的是一種寬帶電磁特性時域同軸傳輸線測量方法。

【背景技術(shù)】
[0002]固體可切削材料是微波工程中經(jīng)常使用的材料，精確知道其電磁特性即介電常數(shù)和磁導(dǎo)率是微波毫米波電路設(shè)計的前提。但材料生產(chǎn)廠家一般情況下只提供材料的直流或者低頻的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率。隨著微波毫米波電路工作頻率的提高，依據(jù)材料的直流或者低頻參數(shù)來設(shè)計和分析微波毫米波電路會帶來較大的誤差。因此，微波毫米波電路設(shè)計對材料的寬帶電磁特性提出迫切需求。材料寬頻帶電磁特性測試技術(shù)主要包括兩大類方法即終端開路法和傳輸線法。這兩類方法可獲得材料的寬帶電磁特性，但都存在不足。終端開路法主要適宜于流體、半流體材料的測量。對于固體材料，由于空氣縫隙等的影響，終端開路法測量精度比較差。傳輸線方法在固體可切削材料寬帶電磁特性測試方面的應(yīng)用最多。但由于厚度諧振問題的存在，傳輸線方法在諧振頻點附近的測量精度很差。因此，截止目前，固體可切削材料寬帶電磁特性的測試問題依然沒有得到很好解決。
[0003]終端開路法將材料置于傳輸線開口處，利用測得的材料在開口處的反射系數(shù)反演計算材料電磁特性。開口同軸探頭法具有結(jié)構(gòu)開放、通用性強(qiáng)等特點，特別適合在線、在體非破壞性測量。然而，對于固體材料，由于測試夾具開口處的法蘭盤與被測材料間不可避免存有空氣縫隙，從而導(dǎo)致測量精度受到很大影響。因此，一般來說，終端開口法主要適宜于流體、半流體材料電磁特性的測試。
[0004]傳輸線方法則是將測量材料加工成形，置于傳輸線內(nèi)部，此時傳輸線的傳輸特性與被測材料電磁特性相關(guān)?；诖?，通過測量寬帶傳輸與反射系數(shù)可反演得到材料的寬帶電磁特性。根據(jù)傳輸線的類型，傳輸線方法主要包含波導(dǎo)傳輸線法和同軸傳輸線法。但無論哪種傳輸線方法都受諧振問題困擾。當(dāng)介質(zhì)樣品厚度等于波導(dǎo)半波長的整數(shù)倍時，將發(fā)生諧振。由于諧振與厚度有關(guān)，因此稱為厚度諧振。發(fā)生厚度諧振時，測量結(jié)果將嚴(yán)重偏離真實值。為避免厚度諧振問題，通常的做法是采用極薄樣品(要求小于二分之一波導(dǎo)波長，一般取四分之一波導(dǎo)波長)。但極薄樣品的采用帶來兩方面的問題:1)降低了測量精度。理論分析可知，樣品越薄測量結(jié)果的不確定性越大。2)樣品的可加工性和可測試性變差。隨著頻率的增加，波長越來越短，樣品加工、測試的可操作性越來越差，特別是在毫米波波段，加工和測試的難度更大。
[0005]因此，現(xiàn)有技術(shù)存在缺陷，需要改進(jìn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種寬帶電磁特性時域同軸傳輸線測量方法。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0008]一種寬帶電磁特性時域同軸傳輸線測量方法，其中，包括以下步驟:
[0009]第一步:按照矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀時域門的設(shè)置方法，設(shè)置時域門(10)，取出第一個脈沖信號，并將時域信號通過傅立葉反變換獲得頻域測量數(shù)據(jù)<(?):
[0010]s^(m) = Τ(ω)ε^'2βΛ(1)
[0011]式中， (ω)為LI與L兩段傳輸線交界面處電場的反射系數(shù)；
[0012]第二步:按照矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀時域門的設(shè)置方法，設(shè)置時域門(20)，取出第一和第二個脈沖，并通過傅立葉反變換獲得頻域測量數(shù)據(jù):
[0013]S^t(W) = -Y{ω)[\ - T1 {co)}e^llf>°L'+r{o})Ll(2)
[0014]式中，e為自然常數(shù)，j為單位虛數(shù)；
[0015]最后一步:先求解方程(I)和方程(2)組成的方程組，可得 (ω)和Υ (ω);一旦求得 (ω)和Υ (ω)，便通過求解方程⑶和方程⑷組成的方程組，得到材料的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率:

【權(quán)利要求】
1.一種寬帶電磁特性時域同軸傳輸線測量方法，其特征在于，包括以下步驟: 第一步:按照矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀時域門的設(shè)置方法，設(shè)置時域門(10)，取出第一個脈沖信號，并將時域信號通過傅立葉反變換獲得頻域測量數(shù)據(jù)<(?): STu{m) = T(co)e-'ip'L'⑴ 式中， (ω)為LI與L兩段傳輸線交界面處電場的反射系數(shù)； 第二步:按照矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀時域門的設(shè)置方法，設(shè)置時域門(20)，取出第一和第二個脈沖，并通過傅立葉反變換獲得頻域測量數(shù)據(jù): St^ (ω) = -(0)[1-2Ο)]?>—(2) 式中，e為自然常數(shù)，j為單位虛數(shù)； 最后一步:先求解方程⑴和方程⑵組成的方程組，可得 (ω)和Υ (ω);—旦求得 (ω)和Υ (ω)，便通過求解方程⑶和方程⑷組成的方程組，得到材料的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率: πο?=Ζ(ω)~Ζ''(3)
式中，a、b分別為同軸線內(nèi)外導(dǎo)體半徑，ε μ C1分別為自由空間的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率，ε(ω), μ(ω)分別為被測材料的相對介電常數(shù)和相對磁導(dǎo)率。
【文檔編號】G01R27/26GK104181400SQ201410420906
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年8月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月22日
【發(fā)明者】年夫順, 李曉玲, 吳杰 申請人:中國電子科技集團(tuán)公司第四十一研究所