高温环境下材料介电常数的获取系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种材料介电常数的获取方法。更具体地，涉及一种高温环境下材料 介电常数的获取系统及方法。
【背景技术】
[0002] 开环天线电磁特性测试系统具有非接触、非破坏等优点，便于实现获取高温及超 高温环境下材料介电常数。而在高温环境下应用于该系统的校准技术一直是高温材料测量 系统中备受关注且非常复杂的问题，需要校准的内容包括网络分析仪的系统误差、天线误 差、路径误差、高温箱误差及高温环境引入的误差等等，校准的效果直接决定着高温环境下 获取的材料介电常数的准确可靠程度。
[0003] 因此，需要提供一种高温环境下材料介电常数的获取系统及方法。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种高温环境介电常数的空间校准方法，将基于常温开环 天线校准系统获取材料介电常数应用到1500°C的高温环境，在RT(室温）~1500°C温度范 围获取准确可靠的材料介电常数。
[0005] 为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
[0006] -种高温环境下材料介电常数的获取系统，该系统包括：
[0007] 收、发天线，高温箱，测量平台，测量夹具，网络分析仪，波导校准件，空间校准件， 电缆转接，数据采集及处理单元；
[0008]所述测量平台，用于固定收、发天线和高温箱，及调节收、发天线和高温箱之间的 距离；
[0009]所述高温箱设置有微波窗和测量夹具槽，所述高温箱放置在收、发天线中间，收、 发天线距待测材料的距离均满足远场条件，收、发天线与高温箱之间的距离要大于不受高 温损害要求的最小安全距离；
[0010] 所述测量夹具可插置在高温箱的测量夹具槽中，用于固定待测材料，使待测材料 与收、发天线平行及中心对位；
[0011] 网络分析仪，波导校准件，空间校准件，电缆转接共同用于材料介电常数的获取过 程中的校准和测量；
[0012] 数据采集及处理单元，用于控制着网络分析仪的自动测试和材料介电常数的计 算。材料介电常数的计算方法是传输反射法在自由空间场的应用，通过测量材料的散射参 数（S参数），结合测量频率、材料厚度等参数计算得到材料介电常数。
[0013]优选地，高温箱的箱体由内至外包括内胆、保温层和外箱体三层结构。
[0014] -种基于上述系统的高温环境下材料介电常数的获取方法，该方法包括如下步 骤：
[0015]S1、不启动高温箱，对高温环境下材料介电常数的获取系统进行校准，并获取常温 环境下收、发天线间的直通S参数，S参数即散射参数；
[0016]S2、将待测材料放入测量夹具中并利用高温箱加热使待测材料处于高温环境中， 测量高温环境下待测材料的S参数，并根据常温环境下的直通S参数修正高温环境下待测 材料的S参数，得到高温误差修正后待测材料的S参数；
[0017]S3、对高温误差修正后待测材料的S参数进行相位修正，得到传输相位修正后的 待测材料的S参数；
[0018]S4、基于传输反射法，根据传输相位修正后的待测材料的S参数、待测材料厚度、 收、发天线的测量频率计算并获取待测材料介电常数。
[0019] 优选地，步骤S1进一步包括如下子步骤：
[0020] S1. 1、对高温环境下材料介电常数的获取系统进行基于S0LT或TRL校准方法的全 二端口校准；
[0021] S1. 2、对高温环境下材料介电常数的获取系统进行空间GRL校准，并获取常温环 境下收、发天线间的直通S参数。
[0022] 优选地，步骤S3中所述对高温误差修正后待测材料的S参数进行相位修正的公式 为：
[0023]Ssn=Sn
[0024]Ss21= |S21| ·e.iw(t021 T21)
[0025]Ss12= |Sj.e.iw(tt-021t-T21)
[0026]Ss22=S22
[0027] 公式中，Ssn为传输相位修正后的待测材料的输入反射系数，Sn为高温误差修正 后待测材料的的输入反射系数，Ss21为传输相位修正后的待测材料的正向传输系数，S21为 高温误差修正后待测材料的正向传输系数，Ss12为传输相位修正后的待测材料的反向传输 系数，S21为高温误差修正后待测材料的反向传输系数，Ss22S传输相位修正后的待测材料 的输出反射系数，S22为高温误差修正后待测材料的的输出反射系数，t为放入待测材料后 收发天线之间的时延，t_021为发射天线距空间校准件表面的时延，t_T21为接收天线距空 间校准件表面的时延。
[0028] 本发明的有益效果如下：
[0029] 本发明所述技术方案可在RT(室温）~1500°C温度范围获取准确可靠的材料 介电常数，并且采用一套系统实现传统方法需要四套系统才能覆盖的X波段（8. 2GHz~ 12. 4GHz)、P波段（12. 4GHz~18GHz)、K波段（18GHz~26. 5GHz)、R波段（26. 5GHz~40GHz) 四个波段的测量，具有成本低、易于实现等优点。
【附图说明】
[0030] 下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步详细的说明。
[0031]图1示出高温环境下材料介电常数的获取系统示意图。
[0032] 图2示出高温箱结构图。
[0033] 图3示出耐火砖高温测量夹具示意图。
[0034] 图4示出高温环境下材料介电常数的获取方法流程图。
[0035]图5示出GRL校准信号流图。
[0036] 图6示出简化信号流图
[0037] 图7示出021和T21相位示意图。
[0038] 图8示出高温环境下信号流图。
[0039] 图9示出待测材料传输相位示意图。
【具体实施方式】
[0040] 为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说 明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具 体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
[0041] 如图1所示，本实施例提供的高温环境下材料介电常数的获取系统，包括
[0042] 收、发天线，高温箱，测量平台，测量夹具，网络分析仪，波导校准件，空间校准件， 电缆转接，数据采集及处理单元；
[0043] 收、发天线均选用波纹喇叭透镜天线，是该系统的信号接收和发射部件；
[0044] 高温箱，用于生成待测材料所处的高温环境，高温箱上设置有微波窗和测量夹具 槽，其中微波窗的窗口方向与在收、发天线平行及中心对位，测量夹具槽的开口方向与微波 窗的窗口方向水平面成90度，高温箱放置在收、发天线中间，收、发天线距待测材料的距离 均满足远场条件，收、发天线与高温箱之间的距离要大于不受高温损害要求的最小安全距 离；
[0045] 测量平台是整个系统的硬件主体，用于固定收、发天线和高温箱，及调节收、发天 线和高温箱这三者之间的距离；
[0046] 测量夹具可插置在高温箱的测量夹具槽中，用于固定待测材料，保证待测材料与 收、发天线的平行及中心对位；
[0047]网络分析仪，波导校准件，空间校准件，电缆转接共同用于材料介电常数的获取过 程中的校准和测量，其中网络分析仪选用Agilent公司N5225A;波导校准件选用Agilent 公司P11664A;空间校准件采用铝制短路板，尺寸200mmX200mmX5mm;
[0048] 数据采集及处理单元是系统的控制中心，控制着网络分析仪的自动测试和材料介 电常数的计算。材料介电常数的计算方法是传输反射法在自由空间场的应用，通过测量材 料的散射参数，结合测量频率、材料厚度等参数计算得到材料介电常数。
[0049] 其中
[0050] 高温箱的箱体由内至外包括内胆、保温层和外箱体三层结构，其中内胆采用进口 陶瓷，通过磨具