一种同轴空气线电磁特性参数标定方法与流程

本发明涉及高端装备制造-电子测量设备，具体涉及一种同轴空气线电磁特性参数标定方法。

背景技术：

1、目前同轴空气线电磁特性参数标定的相关产品主要存在以下问题：

2、(1)同轴空气线设计连接界面均采用接口界面相反(阴-阳)的结构，特别是长时间使用磨损后，更难以保证对称性和互异性，而且无法满足计量级的所有测试场景；

3、(2)同轴空气线的其中一侧有小型支撑件，其结构设计破坏了整个空气线模型；

4、(3)小型支撑件的介电常数和物理尺寸影响整个同轴空气线的电磁特性参数的精确测量和标定；

5、(4)测试电缆连接器与空气线之间的连接缝隙造成间隙尺寸误差也就是一致性和重复性恶化，即操作员每次连接或不同操作员连接间隙尺寸不一致；

6、(5)市场上trl/lrl标准件套装中的空气线在市场上的成熟产品和相关的定标方法接近空白；

7、(6)应用于矢量网络分析仪的计量校准，是作为最高精度的标准件，因此同轴空气线的电磁特性参数不能由矢量网络分析仪测量获得，而应该采用其他更加精确地测量和分析方法；

8、(7)用户在于矢量网络分析仪的使用和计量校准人员，作为矢量网络分析仪最精确的计量校准器具。所有从事矢量网络分析仪计量校准的单位，都需要一套或多套空气线为基础的标准套件。

9、综上所述,有必要对现有技术做进一步完善和创新

技术实现思路

1、针对上述背景技术中存在的技术问题,本发明提出了一种同轴空气线电磁特性参数标定方法,其构思合理，能精确标定trl/lrl校准中各标准件的电磁特性参数，使各标准件精密制造且使用专用连接器校准的矢量网络分析仪可达到最高的计量精度。

2、为解决上述技术问题，本发明提供的一种同轴空气线电磁特性参数标定方法,主要包括以下步骤:(1)对同轴空气线的特性阻抗进行标定；(2)对同轴空气线的电长度和时延进行标定；(3)对同轴空气线的损耗特性参数进行标定。

3、所述同轴空气线电磁特性参数标定方法,其中,所述步骤(1)中同轴空气线特性阻抗的计算公式，如下式(1)所示：

4、

5、其中上式(1)中z0是同轴空气线的特性阻抗(ω)，l0是电感(h)，c0是电容(f)，μ0是真空磁导率(h/m)，c是真空光速(m/s)，π是圆周率，εr是精确已知的相对介电常数，d是由直径测量仪器测得的内导体外径(m)，d是由直径测量仪器测得的外导体内径(m)。

6、所述同轴空气线电磁特性参数标定方法,其中,所述步骤(2)中同轴空气线的电长度是由传输线标准件(t)和直通件标准件(l)的机械长度求解，同轴空气线的时延是由电长度求解；

7、所述同轴空气线电长度的计算公式如下式(2)所示：

8、

9、所述同轴空气线时延的计算公式如下式(3)所示：

10、

11、其中上式(2)-(3)中le是传输线标准件(t)和直通件标准件(l)的电长度(m)，lm是传输线标准件(t)和直通件标准件(l)的机械长度(m)，εr是精确已知的相对介电常数，delay是时延(s)，c是真空光速(m/s)。

12、所述同轴空气线电磁特性参数标定方法,其中,所述步骤(3)中同轴空气线的损耗包括偏移损耗和传输损耗；

13、所述同轴空气线偏移损耗的计算公式如下式(4)所示:

14、

15、所述同轴空气线传输损耗的计算公式如下式(5)所示:

16、

17、其中上式(4)-(5)中offsetloss是偏移损耗特性参数(gω/s)，r总是内外导体的总电阻率(ω·m2/m)，c是真空光速(m/s)，εr是精确已知的相对介电常数，f是频率(ghz)，tloss是传输损耗特性参数lm是传输线标准件(t)和直通件标准件(l)的机械长度(m)，z0是同轴空气线的特性阻抗(ω)。

18、所述同轴空气线电磁特性参数标定方法,其中,所述标定方法还包括对同轴空气线的趋肤深度进行标定；

19、所述同轴空气线的电导率是由电导率测试仪测得1ghz处的电导率，将其代入公式(6)求解趋肤深度；

20、

21、其中上式(6)中δ是趋肤深度(m)，π是圆周率，f是频率(ghz)，σ是由电导率测试仪测得1ghz处的电导率(s/m)，μ0是真空磁导率(h/m)。

22、所述同轴空气线电磁特性参数标定方法,其中,所述标定方法还包括对同轴空气线的内导体面积、外导体面积及内外导体总的电阻率进行标定；

23、所述同轴空气线内导体面积的计算公式如下式(7)所示：

24、s内(m2)＝π(r内(m))2-π(r内(m)-δ内(m))2                         (7)；

25、所述同轴空气线外导体面积的计算公式如下式(8)所示：

26、s外(m2)＝π(r外(m)+δ外(m))2-π(r外(m))2                       (8)；

27、其中上式(7)-(8)中s内是内导体面积(m2)，π是圆周率，r内是内导体半径(m)，δ内是内导体向内穿透的趋肤深度(m)，s外是外导体面积(m2)，δ外是外导体向外穿透的趋肤深度(m)，r外是外导体半径(m)；

28、所述同轴空气线内外导体总的电阻率的计算公式如下式(9)所示：

29、

30、其中上式(9)中r总是内外导体总的电阻率(ω·m2/m)，r内是内导体电阻率(ω·m2/m)，r外是外导体电阻率(ω·m2/m)，l是长度测量仪测量值(m)，σ内是由电导率测试仪测得内导体1ghz处的电导率(s/m)，s内是内导体面积(m2)，σ外是由电导率测试仪测得外导体1ghz处的电导率(s/m)，s外是外导体面积(m2)。

31、采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果：

32、本发明同轴空气线电磁特性参数标定方法构思合理，标定效率高、效果好，标定精度高，具体优点体现在以下几方面：

33、(1)同轴空气线设计连接界面均采用双阴、双阳的匹配类型，首先保证了空气线两端的对称互异性；其次，能够测试双阴、双阳的被测件包括校准件；

34、(2)同轴空气线的trl/lrl校准套件中的直通件标准件(t)(如图1-2所示)和传输线标准件(l)(如图3-4所示)均采用无支撑结构设计；

35、(3)空气介电常数精确已知，无其它支撑材料影响，确保电磁特性参数的精确标定；

36、(4)配套使用的专用连接器保证了测试电缆连接器与空气线测量过程的无缝连接，即连接界面间隙匹配小于10μm，在实际应用中保证了精确标定参数值的一致性和重复性；

37、(5)公开了一种同轴空气线电磁特性参数标定方法，而且包括一整套空气线即专用转接器，补充了市场上现有空气线产品的空白；

38、(6)采用空气线的trl校准是业内公认的同轴校准计量中最精确的校准方式，因此经本方法校准的矢量网络分析仪可达到最高的计量精度。