专利名称：基于模匹配的单端口同轴线式复介电常数测量装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种基于模匹配的单端口同轴线式复介电常数测量装置及方法。
背景技术：
测量物质的复介电常数在科学研究和工业生产中具有重要意义，尤其是在射频微波频段。随着电子技术的迅速发展，矢量网络分析仪的测量频率范围越来越大、精度越来越高，基于矢量网络分析仪的复介电常数频域测量方法被广泛研究，其中常用的一种宽带测量方法是同轴线法，该方法通过测量填充了被测样品的同轴波导的反射-传输系数，根据反射-传输系数和样品的复介电常数之间的数学关系，反演出不同频率下的复介电常数。传统的同轴线法要求填充被测样品的同轴波导中只存在TEM波，这样数学模型比较简单，但在实际应用时，需要对不同尺寸的同轴线连接处进行特殊设计，以保证没有高次模被激励出来。
发明内容
本发明提供了一种利用终端短路的同轴波导对物质复介电常数进行宽带测量的方法。一种基于模匹配的单端口同轴线式复介电常数测量装置，包括依次相连的同轴电缆接头、同轴波导段和终端短路金属板；同轴波导段的横向尺寸不依赖于同轴电缆接头的尺寸；同轴波导段工作于多模状态。所述的同轴电缆接头为SMA或N型头。一种所述装置的基于模匹配的单端口同轴线式复介电常数测量方法，步骤如下:I)校准矢量网络分析仪，将校准面选为Z=-L面，进行校准；2)测量空的测量装置的反射系数，获取从Z=-L面到Z=O面的等效电长度和同轴波导段的长度d ；3)测量填充了被测样品的测量装置的反射系数；4)根据步骤2)、3)的测量数据进行反演计算，得到被测样品在不同频率下的复介电常数:同轴波导中有TEM、TM和TE三种模式，激励的高次模只有TMtlm模，同轴波导中的TM0m模的模函数为Z ( ζ P ) =J1 ( ζ P ) +GamN1 ( ζ am P )，其中P是径向坐标，J1和N1分别是一阶的第一类和第二类贝赛尔函数，Gam是比例系数，是TMtlm模的横向传播函数，突变面处左右两侧分别以下标a和b表示，正问题模型用模式展开为:
权利要求
1.一种基于模匹配的单端口同轴线式复介电常数测量装置，其特征在于，它包括依次相连的同轴电缆接头(I)、同轴波导段(2)和终端短路金属板(3);同轴波导段(2)的横向尺寸不依赖于同轴电缆接头(I)的尺寸；同轴波导段(2)工作于多模状态。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的同轴电缆接头(I)为SMA或N型头。
3.一种根据权利要求1所述装置的基于模匹配的单端口同轴线式复介电常数测量方法，其特征在于，步骤如下: 1)校准矢量网络分析仪(4)，将校准面选为Z=-L面，进行校准； 2)测量空的测量装置的反射系数，获取从Z=-L面到Z=O面的等效电长度和同轴波导段(2)的长度d ； 3)测量填充了被测样品的测量装置的反射系数； 4)根据步骤2)、3)的测量数据进行反演计算，得到被测样品在不同频率下的复介电常数:同轴波导中有TEM、TM和TE三种模式，激励的高次模只有TM0m模，同轴波导中的TMtlm模的模函数为Z ( ζ ΜP ) =J1 ( ζ ΜP ) +GamN1 ( ζ Μρ )，其中ρ是径向坐标，J1和N1分别是一阶的第一类和第二类贝赛尔函数，Gam是比例系数，Cam是TMtlm模的横向传播函数，突变面处左右两侧分别以下标a和b表示，正问题模型用模式展开为:
全文摘要
本发明提供了一种基于模匹配的单端口同轴线式复介电常数测量装置及方法。测量装置，包括依次相连的同轴电缆接头、同轴波导段和终端短路金属板；同轴波导段的横向尺寸不依赖于同轴电缆接头的尺寸；同轴波导段工作于多模状态。测量方法涉及测量装置和矢量网络分析仪。通过矢量网络分析仪测量待测物质填充的传感装置的反射系数，然后经过数据处理，反演得到物质的复介电常数。本发明由于反演过程中使用了多模匹配模型，同轴波导可以工作于多模状态，这样既降低了测量传感装置的设计和加工要求，又提高了工作频率的上限。
文档编号G01R27/26GK103149449SQ20131003984
公开日2013年6月12日 申请日期2013年1月29日 优先权日2013年1月29日
发明者申发中, 冉立新 申请人:浙江大学