材料介电性能的测试方法、装置和系统与流程

本发明涉及材料测试领域，具体而言，涉及一种材料介电性能的测试方法、装置和系统。

背景技术：

介电材料性能的测试方法主要是网络参数法以及谐振腔法，相较而言网络参数法适用于较高介电损耗材料测试，而较低介电损耗材料通常采用谐振腔法进行测试。谐振腔法通常包括高q腔法、谐振腔微扰法、介质谐振腔法以及开放式谐振腔法等，其中开放式谐振腔法适用于毫米波频段及太赫兹频段介电材料的介电性能测试。常见的开放式谐振腔结构有三种：双平腔结构、平凹腔结构、对凹腔结构。对于40ghz以上电磁频段，对凹腔结构(两凹面镜正对放置)如共聚焦开放式共振腔可实现片状材料介电性能的检测。

材料的介电行为主要是材料受电场影响而产生的极化现象，进而对于电场产生影响，故而高频条件下材料本身的介电常数与损耗因子的性质对于电子元件应用特别重要。

针对上述高频条件下材料本身的介电常数和损耗因子的性质的测试方法，现有文献“millimeter-wavemeasurementofcomplexpermittivitybyperturbationmethodusingopenresonator，2008，ieee”提出一种开放式谐振腔微扰法测试材料介电性能的装置及方法，但此种方法，只适合样品厚度200um以下，测试材料的解析度较低且测量速度非常慢，不利于样品的快速检测。

此外，专利cn102707155b提供一种准光学腔的介质材料复介电常数测试装置，通过增加同轴线耦合光环及将同轴波导分别置于对凹镜上以提高材料的检测解析度，但如此装置在使用过程中仍面临主模峰值受到高频模的影响从而降低材料测试精度，实际使用中需要反复测试以抓取最佳电磁波衍射峰值。

针对上述在高频条件下测试介电材料性能的方法存在各种缺陷的技术问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种材料介电性能的测试方法、装置和系统，以至少解决高频条件下测试介电材料性能的方法存在各种缺陷的技术问题。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种材料介电性能的测试方法，包括：所述测试方法包括：通过第一耦合波导环向开放式谐振腔发送电磁波，并获取第二耦合波导环从所述开放式谐振腔接收到的电磁波，其中，所述电磁波通过所述第一耦合波导环进入所述开放式谐振腔内后，穿过第一可调节电磁圈到达待测试样品表面，并与所述待测试材料发生相干散射后，再穿过对称放置的第二可调节电磁圈到达对称设置的所述第二耦合波导环；在所述电磁波在所述开放式谐振腔内传播的过程中，调节所述第一可调节电磁圈和第二可调节电磁圈的孔径和/或位置。

可选地，调节所述第一可调节电磁圈和第二可调节电磁圈的孔径和/或位置，包括：基于第二耦合波导环从所述开放式谐振腔接收到的电磁波，调节所述第一可调节电磁圈和第二可调节电磁圈的孔径和/或位置。

可选地，基于第二耦合波导环从所述开放式谐振腔接收到的电磁波，调节所述第一可调节电磁圈和第二可调节电磁圈的孔径和/或位置，包括：基于第二耦合波导环从所述开放式谐振腔接收到的电磁波，确定目标谐振频率下的主模有载品质因数；基于所述主模有载品质因数，调节所述第一可调节电磁圈和第二可调节电磁圈的孔径和/或位置。

可选地，基于所述主模有载品质因数，调节所述第一可调节电磁圈和第二可调节电磁圈的孔径和/或位置，包括：在所述目标谐振频率下的主模有载品质因数小于临界值时，增加所述第一可调节电磁圈和所述第二可调节电磁圈的孔径，和/或，控制所述第一可调节电磁圈和所述第二可调节电磁圈向所述待测试样品方向移动；在所述目标谐振频率下的主模有载品质因数大于临界值时，减少所述第一可调节电磁圈和所述第二可调节电磁圈的孔径，和/或，控制所述第一可调节电磁圈和所述第二可调节电磁圈向背离所述待测试样品方向移动。

可选地，所述测试方法还包括：基于所述主模有载品质因数，调节所述第一可调节电磁圈和第二可调节电磁圈的孔径和/或位置，直至所述目标谐振频率下的主模有载品质因数等于临界值。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种材料介电性能的测试装置，该测试装置包括开放式谐振腔、同轴耦合波导环组和可调节电磁圈组；所述开放式谐振腔由正对放置的第一凹面镜和第二凹面镜组成，同轴耦合波导环组包括贯穿设置于所述第一凹面镜的凹面中心的第一耦合波导环和贯穿设置于所述第二凹面镜的凹面中心的第二耦合波导环；可调节电磁圈组包括位于所述第一凹面镜与待测试样品之间的第一可调节电磁圈和位于所述第二凹面镜与待测试样品之间的第二可调节电磁圈；其中，所述第一耦合波导环、第二耦合波导环、第一可调节电磁圈和第二可调节电磁圈同轴设置，且所述第一可调节电磁圈和所述第二可调节电磁圈的孔经和/或位置可调节。

可选地，所述可调节电磁圈的材质不具备电磁屏蔽性质、且不吸收电磁波。

可选地，所述可调节电磁圈的孔径可变，且为多个叶片相互叠加形成。

可选地，所述可调节电磁圈的位置沿电磁圈轴线方向调节。

可选地，所述测试装置还包括移动稳定轴和移动马达，其中，所述移动稳定轴平行于电磁圈轴线设置，用于安装所述可调节电磁圈，所述移动马达连接所述可调节电磁圈，用于驱动所述可调节电磁圈沿所述移动稳定轴移动。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种材料介电性能的测试系统，该测试系统包括测试方法和用于执行所述测试方法的测试装置，其中，该测试方法为上述任意项所述的材料介电性能的测试方法，所述测试装置为上述任意项所述的材料介电性能的测试方装置。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种存储介质，所述存储介质包括存储的程序，其中，在所述程序运行时控制所述存储介质所在设备执行上述任意项所述的材料介电性能的测试方法。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种处理器，其特征在于，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行上述任意项所述的材料介电性能的测试方法。

本申请通过在常规开放式谢正腔内部增加了一对可调节电磁圈，并通过调节孔径和/或位置来抑制nλ/2高频模态对于主模态的干扰，提高材料介电性能测试的精度；进而解决在高频条件下测试介电材料性能的方法存在各种缺陷的技术问题，例如：现有方法普遍无法解决高频电磁模态对主模的影响问题，而能解决高频电磁模态对主模影响的方法又存在诸多条件限制。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的材料介电性能的测试方法的示意图；

图2是根据本发明实施例的材料介电性能的测试装置的示意图；

图3是根据本发明实施例的可调节电磁圈的示意图一；

图4是根据本发明实施例的可调节电磁圈的示意图二；

其中，上述附图包括以下附图标记：

1、第一耦合波导环；2、第二耦合波导环；3、第一凹面镜；4、第二凹面镜；5、待测试样品；6、第一可调节电磁圈；7、第二可调节电磁圈；8、移动马达；9、移动稳定轴。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

根据本发明实施例，提供了一种材料介电性能的测试方法实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

图1是根据本发明实施例的材料介电性能的测试方法，如图1所示，该方法包括如下步骤：

步骤s102，通过第一耦合波导环向开放式谐振腔发送电磁波，并获取第二耦合波导环从所述开放式谐振腔接收到的电磁波。

步骤s104，在所述电磁波在所述开放式谐振腔内传播的过程中，调节所述第一可调节电磁圈和第二可调节电磁圈的孔径和/或位置。

需要说明的是：所述电磁波通过所述第一耦合波导环进入所述开放式谐振腔内后，穿过第一可调节电磁圈到达待测试样品表面，并与所述待测试材料发生相干散射后，再穿过对称放置的第二可调节电磁圈到达对称设置的所述第二耦合波导环。

其中，开放式谐振腔、第一耦合波导环、第一可调节电磁圈、待测试样品、第二可调节电磁圈、以及第二耦合波导环的位置布局如图2所示。

也即，本申请通过在常规开放式谢正腔内部增加了一对可调节电磁圈，并通过调节孔径和/或位置来抑制nλ/2高频模态对于主模态的干扰，提高材料介电性能测试的精度；进而解决在高频条件下测试介电材料性能的方法存在各种缺陷的技术问题，例如：现有方法普遍无法解决高频电磁模态对主模的影响问题，而能解决高频电磁模态对主模影响的方法又存在诸多条件限制。

在一个可选的示例中，调节所述第一可调节电磁圈和第二可调节电磁圈的孔径和/或位置，包括：基于第二耦合波导环从所述开放式谐振腔接收到的电磁波，调节所述第一可调节电磁圈和第二可调节电磁圈的孔径和/或位置。

进一步的，基于第二耦合波导环从所述开放式谐振腔接收到的电磁波，调节所述第一可调节电磁圈和第二可调节电磁圈的孔径和/或位置，包括：基于第二耦合波导环从所述开放式谐振腔接收到的电磁波，确定目标谐振频率下的主模有载品质因数；基于所述主模有载品质因数，调节所述第一可调节电磁圈和第二可调节电磁圈的孔径和/或位置。

需要说明的是：目标谐振频率为开放式谐振腔接收到的电磁波的谐振频率；主模有载品质因数为目标谐振频率下材料发生谐振时开放式谐振腔接收到的材料的品质因子，可表示电磁波的共振频率相对于带宽的大小。

优选的，基于所述主模有载品质因数，调节所述第一可调节电磁圈和第二可调节电磁圈的孔径和/或位置，可以通过如下任意之一的方式实现：在所述目标谐振频率下的主模有载品质因数小于临界值时，增加所述第一可调节电磁圈和所述第二可调节电磁圈的孔径；在所述目标谐振频率下的主模有载品质因数小于临界值时，控制所述第一可调节电磁圈和所述第二可调节电磁圈向所述待测试样品方向移动；在所述目标谐振频率下的主模有载品质因数小于临界值时，增加所述第一可调节电磁圈和所述第二可调节电磁圈的孔径，并控制所述第一可调节电磁圈和所述第二可调节电磁圈向所述待测试样品方向移动。

优选的，基于所述主模有载品质因数，调节所述第一可调节电磁圈和第二可调节电磁圈的孔径和/或位置，可以通过如下任意之一的方式实现：在所述目标谐振频率下的主模有载品质因数大于临界值时，减少所述第一可调节电磁圈和所述第二可调节电磁圈的孔径；在所述目标谐振频率下的主模有载品质因数大于临界值时，控制所述第一可调节电磁圈和所述第二可调节电磁圈向背离所述待测试样品方向移动；在所述目标谐振频率下的主模有载品质因数大于临界值时，减少所述第一可调节电磁圈和所述第二可调节电磁圈的孔径，并控制所述第一可调节电磁圈和所述第二可调节电磁圈向背离所述待测试样品方向移动。

需要说明的是：第一可调节电磁圈的位置和第二可调节电磁圈的位置相对于待测试样品对称设置，也即，第一可调节电磁圈的电磁圈位置和第二可调节电磁圈的电磁圈位置进行同步对称调节；第一可调节电磁圈的孔径和第二可调节电磁圈的孔径相同，也即，第一可调节电磁圈和第二可调节电磁圈的孔径进行同步调节。

进一步的，所述测试方法还包括：基于所述主模有载品质因数调节所述第一可调节电磁圈和第二可调节电磁圈的孔径和/或位置，直至所述目标谐振频率下的主模有载品质因数等于临界值。也即，在材料介电性能的测试过程中，会不断基于主模有载品质因数调节所述孔径和/或电磁圈位置，直至达到最佳主模有载品质因数。

也即，本申请通过可调节电磁圈和测试过程中反馈的主模有载品质因数，来实现对开放式谐振腔内的电磁波能量的自动化控制，达到高效率的精准测试。

本申请实施例还提供了一种材料介电性能的测试装置，需要说明的是，本申请实施例的材料介电性能的测试装置可以用于执行本申请实施例所提供的用于材料介电性能的测试方法。以下对本申请实施例提供的材料介电性能的测试装置进行介绍。

图2是根据本申请实施例的材料介电性能的测试装置的示意图。如图2所示，该测试装置包括开放式谐振腔、同轴耦合波导环组和可调节电磁圈组，其中，所述开放式谐振腔由正对放置的第一凹面镜和第二凹面镜组成，同轴耦合波导环组包括贯穿设置于所述第一凹面镜的凹面中心的第一耦合波导环和贯穿设置于所述第二凹面镜的凹面中心的第二耦合波导环；可调节电磁圈组包括位于所述第一凹面镜与待测试样品之间的第一可调节电磁圈和位于所述第二凹面镜与待测试样品之间的第二可调节电磁圈。

需要说明的是：所述第一耦合波导环、第二耦合波导环、第一可调节电磁圈和第二可调节电磁圈同轴设置，所述第一可调节电磁圈和所述第二可调节电磁圈的孔径和/或位置可调节，其中，所述第一可调节电磁圈和所述第二可调节电磁圈如图3所示。

在一个可选的示例中，所述可调节电磁圈的材质不具备电磁屏蔽性质、且不吸收电磁波，例如：金属材料、电磁吸收结构材料等。

在一个可选的示例中，所述可调节电磁圈的孔径可变，且为多个叶片相互叠加形成，其中，该可调节电磁圈的孔径调节方式与光圈的可变孔径调节方式相同。

需要说明的是：该可调节电磁圈可以为多极变速调节的电磁圈，该多极变速调节的电磁圈的叶片叠加方式具体如图4所示。

在一个可选的示例中，所述可调节电磁圈的位置沿电磁圈轴线方向调节。例如：通过设置移动稳定轴和移动马达，其中，所述移动稳定轴平行于电磁圈轴线设置，用于安装所述可调节电磁圈，所述移动马达连接所述可调节电磁圈，用于驱动所述可调节电磁圈沿所述移动稳定轴移动。

需要说明的是：该移动马达的精度极高。

此外，该测试装置还包括用于放置待测试样品的测试样品架。

此外，该凹面镜由金属材料打磨而成；也即，第一凹面镜和第二凹面镜的材质为金属，第一凹面镜和第二凹面镜的镜面是对该金属表面打磨制作而成。

最后，为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本申请的技术方案，以下将结合具体的实施例来说明。

如图2所示，开放式谐振腔工作时，网络分析仪射出电磁波，该电磁波经由第一同轴传输线和第一耦合波导环进入开放式谐振腔，其中，电磁波在进入开放式谐振腔后呈现高斯光束分布，即腔体内部任一平面所截断的光通量相等；随后，该电磁波穿过开放式谐振腔体内部的第一可调节电磁圈到达待测试样品表面；随后，该电磁波与待测试材料发生相干散射后，穿过对称放置的第二可调节电磁圈，到达第二耦合波导环；随后，该电磁波经另一段同轴线传回至网络分析仪。此时，利用网络分析仪及自动检测控制软件对被测试样品进行测试。

在电磁波穿过第一可调节电磁圈和第二可调节电磁圈的过程中，电磁圈的孔径和位置可以调节。例如，第一可调节电磁圈和第二可调节电磁圈可以由移动马达提供动力，沿移动稳定轴进行前后移动；以及第一可调节电磁圈和第二可调节电磁圈可以进行如图4所示的孔径调节。

具体调节原理为：根据网络分析仪接收到该谐振频率下的主模有载品质因数的强弱而变化。例如：当该谐振频率下的主模有载品质因数小于临界值时，可调节电磁圈自动增加电磁波孔并向样品方向移动，以调整主模有载品质因数qs；当该谐振频率下的主模有载品质因数大于临界值时，可调节电磁圈向背离样品方向略微调整以寻求最佳主模有载品质因数qs。

综上所述，本申请提供了一种基于开放式谐振腔的高精度介电材料性能的自动化测试装置，主要特点在于在常规开放式谐振腔内部增加一对可调节电磁圈，电磁圈的孔径及位置可依据网络分析仪检测的有载品质因数qs来自动调节。此时，通过调节电磁圈的孔径及位置可以抑制nλ/2高频模态对于主模态的干扰，提高材料介电性能测试的精度；同时由于采用精度极高的移动马达和多极变速调节的电磁圈，来实现电磁圈的孔径位置调节，因此可以极大提高检测速度及测试材料的解析度。

本发明实施例提供了一种材料介电性能的测试系统，其包括测试方法和用于执行所述测试方法的测试装置，其中，所述测试方法为上述描述的任意中材料介电性能的测试方法，所述测试装置为上述描述的任意中材料介电性能的测试装置。

本发明实施例提供了一种存储介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时实现所述材料介电性能的测试方法。

本发明实施例提供了一种处理器，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行所述材料介电性能的测试方法。

在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。