介质材料测量件的校准方法、短路校准件、介质材料测量方法及装置与流程

技术特征：

1.一种介质材料测量件的校准方法，其特征在于，包括以下步骤：

将介质材料测量件的一端分别与至少三个短路校准件连接，至少三个短路校准件的轴向长度均不相同，将介质材料测量件的另一端接入测量电路，得到与每个短路校准件分别对应的测量电路输入端的反射系数S_mi(i＝1～N，N≥3)；

将至少三个短路校准件分别对应的反射系数G_i(i＝1～N，N≥3)与至少三个所述短路校准件分别对应的测量电路输入端的反射系数S_mi(i＝1～N，N≥3)联合建立方程组，得到：

S_mi＝S₁+S_cG_i/(1-S₂G_i),(i＝1～N，N≥3)；

将所述方程组中的任意三个方程组合求解，得到相应的网络参数S_1t、S_2t及S_ct(N≥3)，则所述方程组可得到组介质材料测量件的网络参数：

$\left(\begin{array}{c}{S}_{11},S_{12},S_{c1}\\ S_{12},S_{22},S_{c2}\\ \mathrm{...}\\ S_{1T},S_{2T},S_{3T}\end{array}\right),(T=C_N^3,N\≥3);$

利用最小二乘法处理上述网络参数的矩阵，得到介质材料测量件的网络参数S₁、S₂及S_c。

2.根据权利要求1所述的介质材料测量件的校准方法，其特征在于，

所述短路校准件为三个，将介质材料测量件的一端分别与三个所述短路校准件连接，将介质材料测量件的另一端接入测量电路，得到三个所述短路校准件分别对应的测量电路输入端的反射系数S_m1、S_m2及S_m3；

将三个所述短路校准件分别对应的反射系数G₁、G₂及G₃与三个所述短路校准件分别对应的测量电路输入端的反射系数S_m1、S_m2及S_m3联合建立方程组，得到：

S_m1＝S₁+S_cG₁/(1-S₂G₁)，

S_m2＝S₁+S_cG₂/(1-S₂G₂)，

S_m3＝S₁+S_cG₃/(1-S₂G₃)；

求解上述方程组，

S₁＝t₁/t₂,

S₂＝t₃/t₄,

S_c＝t₅/t₆,其中，

t₁＝(G₁-G₂)(G₁-G₃)(G₂-G₃)(S_m1-S_m2)(S_m1-S_m3)(S_m2-S_m3)，

t₂＝(G₂G₃)(S_m2-S_m3)+G₁(G₂(S_m1-S_m2)+G₃(S_m3-S_m1)))²，

t₃＝G₁G₃S_m1S_m2+G₂G₃S_m1S_m2+G₁G₂S_m1S_m3-G₂G₃S_m1S_m3

-G₁G₂S_m2S_m3+G₁G₃S_m2S_m3，

t₄＝G₁G₂S_m1-G₁G₃S_m1-G₁G₂S_m2+G₂G₃S_m2+G₁G₃S_m3-G₂G₃S_m3，

t₅＝G₂S_m1-G₃S_m1-G₁S_m2+G₃S_m2+G₁S_m3-G₂S_m3，

t₆＝G₁G₂S_m1-G₁G₃S_m1-G₁G₂S_m2+G₂G₃S_m3+G₁G₃S_m3-G₂G₃S_m3，

得到介质材料测量件的网络参数S₁、S₂及S_c。

3.一种介质材料测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

利用如权利要求1-2任一项所述介质材料测量件的校准方法对介质材料测量件进行校准，得到所述介质材料测量件的网络参数S₁、S₂及S_c；

将介质材料测量件的一端连接试验样品，将介质材料测量件的另一端接入测量电路，得到与试验样品对应的测量电路输入端的反射系数S_dut，根据微波网络理论，试验样品的反射系数G_dut为：

G_dut＝(S₁-S_dut)/(S₁S₂-S_c-S₂S_dut)；

根据测量电路、介质材料测量件及试验样品依次连接后的等效电路与微波网络理论，得到所述等效电路中的等效导纳y＝y(ω,ε_r)引起的反射系数G_y为

G_y＝(1-y)/(1+y)，其中

y＝y(ω,ε_r)＝G₀Z₀ε_r^5/2+jωZ₀(ε_rC₀+C_f)；

利用G_y与y的关系制作G_y与ε_r的数据库，令G_y＝G_dut，与G_y对应的ε_r值为试验样品的介电常数。

4.根据权利要求3所述的介质材料测量方法，其特征在于，将介质材料测量件的一端连接试验样品，将介质材料测量件的另一端接入测量电路，具体包括以下步骤：

若试验样品尺寸小于介质材料测量件第一外导体的内径，将介质材料测量件的第一外导体与短路校准件的第二外导体连接，介质材料测量件的第一内导体、短路校准件的第二内导体分别抵设于试验样品的两个侧面；若试验样品尺寸大于介质材料测量件第一外导体的内径，将介质材料测量件的第一内导体与第一外导体均抵设于试验样品的同一侧面，将介质材料测量件远离试验样品的一端接入测量电路。

5.一种实现如权利要求1-2任一项所述校准方法的短路校准件，其特征在于，所述短路校准件包括短路板、第二外导体及第二内导体，所述第二外导体与所述第二内导体均与所述短路板连接，并位于所述短路板的同一侧，所述第二内导体为圆柱体，所述第二外导体为套设于所述第二内导体外的圆形套管，所述第二内导体与所述第二外导体同轴设置，所述第二外导体和/或所述第二内导体远离所述短路板的一端与介质材料测量件配合连接，所述第二内导体的轴向长度大于或等于0。

6.根据权利要求5所述的短路校准件，其特征在于，所述第二内导体包括第二固定部及第二抵设部，所述第二固定部与所述第二抵设部均为圆柱体，所述第二固定部设有与所述第二抵设部配合的配合槽，所述第二抵设部部分伸入所述配合槽，所述第二抵设部套设有弹簧，所述弹簧的一端与所述第二抵设部连接，所述弹簧的另一端与所述配合槽的内壁连接。

7.一种介质材料测量装置，其特征在于，包括介质材料测量件及如权利要求5-6任一项所述的短路校准件，所述介质材料测量件包括第一内导体与第一外导体，所述第一外导体套设于所述第一内导体外，所述第一外导体与所述第一内导体连接，所述第一内导体与所述第一外导体的一端用于与测量电路连接，若试验样品尺寸大于所述介质材料测量件第一外导体的内径，所述第一内导体与所述第一外导体另一端的端面均用于抵设试验样品；若试验样品尺寸小于介质材料测量件第一外导体的内径，所述第一内导体另一端的端面用于抵接试验样品，所述第一外导体套设于所述试验样品，所述第一外导体靠近所述试验样品的端面与所述第二外导体配合连接，所述第一内导体靠近所述试验样品的一端与所述第二内导体配合夹持所述试验样品。

8.根据权利要求7所述的介质材料测量装置，其特征在于，所述第一内导体包括第一固定部及第一抵接部，所述第一外导体与所述第一固定部连接，所述第一固定部与所述第一抵接部通过弹性件连接，所述第一固定部为前粗后细的阶梯轴，所述第一抵接部设有与所述第一固定部的粗端配合的第一限位槽，所述第一限位槽的底面设有与所述第一固定部的细端配合的第二限位槽，第一限位槽的内径大于所述第二限位槽的内径，所述弹性件的一端设于所述第一限位槽与所述第二限位槽的连接处，所述弹性件的另一端设于所述第一固定部的轴肩处，所述第一抵接部远离所述第一固定部的一端的端面用于抵设所述试验样品表面。

9.根据权利要求8所述的介质材料测量装置，其特征在于，所述第一抵接部为圆柱体，所述第一抵接部的外径与所述第二内导体的直径相等，所述第一外导体为圆形套筒，所述第一外导体与所述第二外导体的内径相等，所述第一内导体与所述第一外导体同轴设置。

10.根据权利要求9所述的介质材料测量装置，其特征在于，所述第二外导体的外缘设有延伸部，所述延伸部向远离所述短路板的方向延伸，所述第一外导体靠近所述试验样品的一端的外表面设有外螺纹，所述延伸部设有与所述外螺纹配合的内螺纹，所述第一外导体与所述第二外导体通过螺纹配合连接。