一种厚膜材料磁导率的测量夹具的制作方法

本发明属于电子材料测量领域，具体涉及一种厚膜材料磁导率的测量夹具。

背景技术：

材料的磁导率测量在通信、航天等相关技术领域有十分重要的作用，其方法也一直是材料科学、生物电磁学、隐身技术等电磁场与微波工程领域的重要课题。

材料的磁导率在微波及毫米波段的测量方法按原理可以分为网络参数法、谐振腔法两大类。网络参数法包括时域法、传输反射法、多厚度法、多状态法、自由空间法。时域法操作复杂且计算量大；多厚度法要求样品厚度成倍数关系，且均匀一致；多状态法对于高损耗材料而言测试准确度会下降；自由空间法所需样品尺寸较大，表面平坦且双面平行；谐振腔法适合于单个频点的测量。传输反射法是目前国内外测量吸波材料磁导率最普遍的方法，常用同轴线、带状线或者波导等传输线作为夹具。带状线传输反射法对其测量盒加工的精度要求十分高；波导传输反射法主模带宽有限，且在低频尺寸较大，不易制作；目前，最常用是同轴传输反射法，同轴传输反射法的适用频段可到18ghz，但是其环状样品不易制作，且待测材料的厚度为2～3mm时精度较高，当材料为较薄的片材时，需将环状的片材粘到一起进行测试，会有一定的误差。

利用阻抗分析仪(e4991b)及配套的测量夹具(16454a)也可以测量材料的磁导率，是德科技公司在关于使用lcr表和阻抗分析仪测量介电常数磁导率的解决方案中，给出了该方法测磁导率的结构示意图，如图1所示，利用阻抗分析仪与夹具构成的闭合环路形成的电感，通过夹具及待测材料的磁导率的关系，求出待测材料的磁导率。但是其测量频率为1khz-1ghz，且测量的样品需压制成环才能测量。

技术实现要素：
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本发明的目的是克服上述现有技术的缺陷，提供一种厚膜材料磁导率的测量夹具。本发明在测量时待测材料不需要压制成环，且测量频率范围为0.5-3g。

本发明的技术方案如下：

一种厚膜材料磁导率的测量夹具，包括：由金属壁构成的回字形金属腔3、同轴线4、金属导带5。

所述同轴线4位于金属腔3的一侧壁中，包括同轴线外导体6和同轴线内导体7。

所述金属导带5设置于金属腔3的中心位置，其一端与同轴线内导体7相连，另一端与金属腔3另一侧壁接触，待测材料8放置于金属导带5正上方或正下方的金属腔3内。

进一步的，所述金属腔3为长方体，中心开一矩形通孔形成回字形。

进一步的，金属腔3作为参考地与金属导带5直接连接，构成短路回路。所述金属腔3矩形通孔中，平行于金属导带5传输方向的宽度为2～6mm，保证了其s11不经过谐振点；金属腔3矩形通孔中垂直于金属导带5传输方向的高度为2～5mm，保证了待测材料的放入。

进一步的，所述同轴线的外导体6直径为2.5～3.5mm，同轴线内导体7直径为0.4～1.2mm。

进一步的，所述金属导带5在垂直于传输方向的厚度为0.2～0.6mm，保证金属导带5不与同轴线外导体6相连。金属导带5下表面距离金属腔底壁的高度为1～2.5mm，保证金属导带5位于金属腔3的中心。

本发明的有益效果是：

本发明所提供的一种厚膜材料磁导率的测量夹具，可以直接对材料进行电磁参数测试，避免了对材料的破坏，打破了测量时待测材料需要压制成环的局限，同时提高了测量频率，使厚膜磁导率的测量更加方便。

附图说明:

图1是现有技术阻抗分析仪测量夹具的示意图；

其中，e4991a/e4991b为阻抗分析仪，1为阻抗分析仪测量夹具腔体，2为环状待测材料；

图2是本实施例测量夹具未加待测材料的立体示意图；

图3是本实施例测量夹具正视剖视图；

图4是本实施例测量夹具左视图；

图5是本实施例量夹具加入待测材料的立体示意图；

图6是本实施例量夹具未加待测材料的s参数史密斯图；

其中，3为金属腔，4为同轴线，5为金属导带，6为同轴线外导体，7为同轴线内导体，8为待测材料。

具体实施方式:

下面结合附图和实施例，详述本发明的技术方案。

如图2-图5所示的一种厚膜材料磁导率的测量夹具，包括：由金属壁构成的回字形金属腔3、同轴线4、金属导带5。

所述同轴线4位于金属腔3的一侧壁中，包括同轴线外导体6和同轴线内导体7。

所述金属导带5设置于金属腔3的中心位置，其一端与同轴线内导体7相连，另一端与金属腔3另一侧壁接触；待测材料8放置于金属导带5正上方或正下方的金属腔3内。

进一步的，所述金属腔3为长方体，中心开一矩形通孔形成回字形。

进一步的，金属腔3作为参考地与金属导带5直接连接，构成短路回路；所述金属腔3矩形通孔中平行于金属导带5传输方向宽度为2～6mm，保证了其s11不经过谐振点；其垂直于金属导带5传输方向高度为2～5mm，保证了待测材料的放入。

进一步的，所述同轴线的外导体6直径为2.5～3.5mm，同轴线内导体7直径为0.4～1.2mm。

进一步的，所述金属导带5在垂直于传输方向的厚度为0.2～0.6mm，保证金属导带5不与同轴线外导体6相连。金属导带5下表面距离金属腔底壁的高度为1～2.5mm，保证金属导带5位于金属腔3的中心。

利用本发明夹具对厚膜材料磁导率进行测试时，具体过程为：

步骤1：对夹具进行仿真得到图，如图6所示；

步骤2：加入待测材料，对材料的磁导率实部由1-20分别进行仿真得到s11图，在减去夹

具自身的误差后带入公式：

求得待测材料磁导率实部。

其中，s11为加入待测材料后的s11值，为未加入待测材料时的s11值；μ为磁导率实部；

k1＝1/(6.97/f³-26.56/f²+108/f-16.63)

k2＝-0.001281f³+0.01038f²-0.01166f-0.2417

步骤3：将得到的s11和磁导率实部带入公式：

得到磁导率虚部值。

其中，s11为加入待测材料后的s11值，为未加入待测材料时的s11值；μ为磁导率实部，

μ″为磁导率虚部；分别计算出k3、k4、k5、k6、k7、k8：

k3＝-1.221*f^5+10.24*f^4-32.12*f^3+46.56*f^2-30.65*f+7.014

k4＝3.224*f^5-25.44*f^4+74.79*f^3-102.7*f^2+66.41*f-14.9

k5＝0.01232*f^5-0.1023*f^4+0.3171*f^3-0.4532*f^2+0.2932*f-0.067

k6＝-0.942*f^5+3.154*f^4+5.087*f^3-25.22*f^2+21.61*f-6.623

k7＝-0.02064*f^5+0.1725*f^4-0.536*f^3+0.7715*f^2-0.4891*f+0.1158

k8＝-2.591e-05*f^5+0.000212*f^4-0.0006457*f^3+0.0009066*f^2-0.0005776*f+0.0001304

实施例1：

制作上述夹具的金属腔3和金属导带5的材料均为金属良导体，其中同轴线内导体直径为0.46mm，外导体直径为2.5mm；金属导带5传输方向长3mm，垂直于传输方向厚0.4mm，金属导带5下表面距离金属腔3底壁高1mm；金属腔3矩形通孔垂直于金属导带5传输方向高2.4mm。其0.5g处测试磁导率过程为：

步骤1：测得未加待测材料时夹具在0.5g处的s11为0.0005+0.1020i；

步骤2：加入介电常数为14+1.4i，磁导率为6+1.2i的待测材料，对其进行仿真得到0.5g处的s11为0.0021+0.1172i；

步骤3:将步骤1中的s11作为将步骤2中的s11作为s11，带入公式(1)和(2)进行计算，得到磁导率为6.082+1.3241i。

实施例2：

使用实施例1中的夹具，其3g处测试磁导率过程为：

步骤1：测得未加待测材料时夹具3g处的s11为0.0014+0.6972；

步骤2：加入介电常数为14+1.4i，磁导率为6+1.2i的待测材料，对其进行仿真得到3g处的s11为0.0180+0.8433i；

步骤3:将步骤1中的s11作为将步骤2中的s11作为s11，带入公式(1)和(2)进行计算，得到磁导率为6.1928+1.2654i.

本发明提供的一种厚膜材料磁导率的测量夹具，所测材料在磁导率实部为1～20，磁损耗角正切为0.1～0.3时磁导率实部计算误差在10％左右，磁导率虚部在损耗角正切为0.1～0.2时计算误差在10％左右，损耗角正切为0.3磁导率实部为10～20时误差在20％左右。