一种宽带电磁特性时域同轴传输线测量方法
【专利摘要】本发明提供一种宽带电磁特性时域同轴传输线测量方法，传输线分为L1和L2两段分别为空气填充，L段为被测材料填充段，利用矢量网络分析仪的时域测量方法，获得多次反射脉冲信号，第一个脉冲信号为L1与L交界面的反射信号，第二个脉冲信号为L与L2交界面的反射信号，第三个脉冲信号为电磁波信号反向传输到达L与L1交界面的反射信号，每个脉冲信号都包含了材料电磁信息，利用其中某几个特定脉冲就可能获得材料电磁特性。采用上述方案，具有样品定位功能。由于同轴空气线截面尺寸比较小，通过传统的机械测量方法很难获得材料在夹具当中的准确位置。通过矢量网络分析仪的时域测量功能，从脉冲反射点位置可以获得材料到端口的距离。
【专利说明】一种宽带电磁特性时域同轴传输线测量方法
【技术领域】
[0001]本发明属于频域【技术领域】，尤其涉及的是一种宽带电磁特性时域同轴传输线测量方法。
【背景技术】
[0002]固体可切削材料是微波工程中经常使用的材料，精确知道其电磁特性即介电常数和磁导率是微波毫米波电路设计的前提。但材料生产厂家一般情况下只提供材料的直流或者低频的介电常数和磁导率。随着微波毫米波电路工作频率的提高，依据材料的直流或者低频参数来设计和分析微波毫米波电路会带来较大的误差。因此，微波毫米波电路设计对材料的宽带电磁特性提出迫切需求。材料宽频带电磁特性测试技术主要包括两大类方法即终端开路法和传输线法。这两类方法可获得材料的宽带电磁特性，但都存在不足。终端开路法主要适宜于流体、半流体材料的测量。对于固体材料，由于空气缝隙等的影响，终端开路法测量精度比较差。传输线方法在固体可切削材料宽带电磁特性测试方面的应用最多。但由于厚度谐振问题的存在，传输线方法在谐振频点附近的测量精度很差。因此，截止目前，固体可切削材料宽带电磁特性的测试问题依然没有得到很好解决。
[0003]终端开路法将材料置于传输线开口处，利用测得的材料在开口处的反射系数反演计算材料电磁特性。开口同轴探头法具有结构开放、通用性强等特点，特别适合在线、在体非破坏性测量。然而，对于固体材料，由于测试夹具开口处的法兰盘与被测材料间不可避免存有空气缝隙，从而导致测量精度受到很大影响。因此，一般来说，终端开口法主要适宜于流体、半流体材料电磁特性的测试。
[0004]传输线方法则是将测量材料加工成形，置于传输线内部，此时传输线的传输特性与被测材料电磁特性相关。基于此，通过测量宽带传输与反射系数可反演得到材料的宽带电磁特性。根据传输线的类型，传输线方法主要包含波导传输线法和同轴传输线法。但无论哪种传输线方法都受谐振问题困扰。当介质样品厚度等于波导半波长的整数倍时，将发生谐振。由于谐振与厚度有关，因此称为厚度谐振。发生厚度谐振时，测量结果将严重偏离真实值。为避免厚度谐振问题，通常的做法是采用极薄样品(要求小于二分之一波导波长，一般取四分之一波导波长)。但极薄样品的采用带来两方面的问题:1)降低了测量精度。理论分析可知，样品越薄测量结果的不确定性越大。2)样品的可加工性和可测试性变差。随着频率的增加，波长越来越短，样品加工、测试的可操作性越来越差，特别是在毫米波波段，加工和测试的难度更大。
[0005]因此，现有技术存在缺陷，需要改进。
【发明内容】
[0006]本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种宽带电磁特性时域同轴传输线测量方法。
[0007]本发明的技术方案如下:
[0008]一种宽带电磁特性时域同轴传输线测量方法，其中，包括以下步骤:
[0009]第一步:按照矢量网络分析仪时域门的设置方法，设置时域门(10)，取出第一个脉冲信号，并将时域信号通过傅立叶反变换获得频域测量数据<(?):
[0010]s^(m) = Τ(ω)ε^'2βΛ(1)
[0011]式中， (ω)为LI与L两段传输线交界面处电场的反射系数；
[0012]第二步:按照矢量网络分析仪时域门的设置方法，设置时域门(20)，取出第一和第二个脉冲，并通过傅立叶反变换获得频域测量数据:
[0013]S^t(W) = -Y{ω)[\ - T1 {co)}e^llf>°L'+r{o})Ll(2)
[0014]式中，e为自然常数，j为单位虚数；
[0015]最后一步:先求解方程(I)和方程(2)组成的方程组，可得 (ω)和Υ (ω);一旦求得 (ω)和Υ (ω)，便通过求解方程⑶和方程⑷组成的方程组，得到材料的介电常数和磁导率:
【权利要求】
1.一种宽带电磁特性时域同轴传输线测量方法，其特征在于，包括以下步骤: 第一步:按照矢量网络分析仪时域门的设置方法，设置时域门(10)，取出第一个脉冲信号，并将时域信号通过傅立叶反变换获得频域测量数据<(?): STu{m) = T(co)e-'ip'L'⑴ 式中， (ω)为LI与L两段传输线交界面处电场的反射系数； 第二步:按照矢量网络分析仪时域门的设置方法，设置时域门(20)，取出第一和第二个脉冲，并通过傅立叶反变换获得频域测量数据: St^ (ω) = -(0)[1-2Ο)]?>—(2) 式中，e为自然常数，j为单位虚数； 最后一步:先求解方程⑴和方程⑵组成的方程组，可得 (ω)和Υ (ω);—旦求得 (ω)和Υ (ω)，便通过求解方程⑶和方程⑷组成的方程组，得到材料的介电常数和磁导率: πο?=Ζ(ω)~Ζ''(3)
式中，a、b分别为同轴线内外导体半径，ε μ C1分别为自由空间的介电常数和磁导率，ε(ω), μ(ω)分别为被测材料的相对介电常数和相对磁导率。
【文档编号】G01R27/26GK104181400SQ201410420906
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年8月22日 优先权日:2014年8月22日
【发明者】年夫顺, 李晓玲, 吴杰 申请人:中国电子科技集团公司第四十一研究所