一种多层介质的介电常数提取方法与流程

本发明实施例涉及材料电磁属性测试，具体涉及一种多层介质的介电常数提取方法。

背景技术：

1、汽车雷达已被用于通过高级驾驶员辅助系统(adas)提高驾驶的舒适性，并通过主动安全(as)提高安全性。雷达系统应能探测迎面而来的交通、行人和障碍物体，并能在城市交通等具有挑战性的环境中导航。因此，需要更好的距离分辨率和角度分辨率，需要更高的频率和带宽，甚至比24ghz所能提供的更高。在77ghz，波长仅为4mm左右，因此77ghz雷达不再是单独的实体而受车辆上的外壳，保险杠以及安装起作用。当信号通过车辆喷漆的保险杠塑料层时，信号将受到影响，因此必须考虑电磁和设计约束。为了提高雷达透明度，首先要了解喷漆保险杠的衰减和反射效果。保险杠材料通常涂有多层涂层，如底漆、底色涂层和透明涂层。这些涂层中尤其是底色涂层可能含有金属粉末。更担忧的是售后喷漆会将进一步增加保险杠上的涂层数量，并可能使性能更加恶化。通常供应商没法提供这些涂层的电气特性，因此设计师必须找出这些值，以便更好地优化保险杠设计，保证雷达在保险杠后发射的性能减少恶化。

技术实现思路

1、本发明实施例为了解决现有技术中存在的不清楚喷漆保险杠的衰减和反射效果，导致77ghz雷达的信号通过车辆喷漆的保险杠塑料层时，信号将受到影响的问题，提供了一种多层介质的介电常数提取方法。

2、根据本发明实施例的一个方面，提供了一种多层介质的介电常数提取方法，所述介电常数从所述多层介质的第一层介质层开始逐层提取，包括以下步骤：

3、通过测量装置测量当前i层介质的i层透射系数s21(1-i)和i层反射系数s11(1-i)，同时获取第i层介质层的厚度；

4、根据第i层介质层的平面电磁波穿过第i层介质层的相位差与特征矩阵计算得到i层介质的i层透射系数t(1-i)和i层反射系数r(1-i)；

5、根据测量的i层透射系数s21(1-i)和i层反射系数s11(1-i)与计算的i层透射系数t(1-i)和i层反射系数r(1-i)的对应关系，通过数值方法求解得到第i层介质层的介电常数数值；

6、其中：i＝1,2,…n。

7、进一步的，作为优选技术方案，当i＝2时，表示当前多层介质具有两层介质层，两层介质的二层透射系数t(1-2)和二层反射系数r(1-2)的计算具体包括：

8、根据第一层介质层的平面电磁波穿过第一层介质层的相位差与特征矩阵和第二层介质层的平面电磁波穿过第二层介质层的相位差与特征矩阵利用两层的级联效应计算得到两层介质的二层透射系数t(1-2)和二层反射系数r(1-2)。

9、进一步的，作为优选技术方案，当3≤i＜n时，表示当前多层介质至少具有三层介质层，多层介质的i层透射系数t(1-i)和i层反射系数r(1-i)的计算具体包括：

10、根据第一层介质层的平面电磁波穿过第一层介质层的相位差与特征矩阵至第i层介质层的平面电磁波穿过第i层介质层的相位差与特征矩阵利用i层的级联效应计算得到i层介质的i层透射系数t(1-i)和i层反射系数r(1-i)。

11、进一步的，作为优选技术方案，当i＝n时，表示当前多层介质具有n层介质层，n层介质的n层透射系数t(1-n)和n层反射系数r(1-n)的计算具体包括：

12、根据第一层介质层的平面电磁波穿过第一层介质层的相位差与特征矩阵至第n层介质层的平面电磁波穿过第n层介质层的相位差与特征矩阵利用n层的级联效应计算得到n层介质的n层透射系数t(1-n)和n层反射系数r(1-n)。

13、进一步的，作为优选技术方案，n层介质的n层透射系数t(1-n)和n层反射系数r(1-n)的获取具体包括：根据第一层介质层的平面电磁波穿过第一层介质层的相位差与特征矩阵至第n层介质层的平面电磁波穿过第n层介质层的相位差与特征矩阵利用n层的级联效应产生矩阵链乘积，表示如下：

14、

15、通过abcd矩阵，获取当前多层介质的n层透射系数t(1-n)和n层反射系数r(1-n)，表示如下：

16、

17、

18、其中，m1-mn表示第一层介质层至第n层介质层的特征矩阵，第1层介质层至第n-1层介质层的特征矩阵m1-mn-1为已知值，φi表示平面电磁波穿过第i层介质层的相位差，zw,i表示第i层介质层的线路阻抗。

19、进一步的，作为优选技术方案，第i层介质层的介电常数数值的计算具体包括：

20、根据测量的i层透射系数s21(1-i)和i层反射系数s11(1-i)与计算的i层透射系数t(1-i)和i层反射系数r(1-i)的对应关系，通过数值方法求解得到第i层介质层的介电常数数值，表示如下：

21、s21(1-i)-t(1-i)＝0

22、s11(1-i)-r(1-i)＝0

23、其中，i＝1,2,…n。

24、进一步的，作为优选技术方案，第i层介质层的相位差的获取具体包括：

25、根据平面电磁波相对于法向入射的传播角以及传播常数计算公式计算平面电磁波在第i层介质层的传播常数；

26、根据第i层介质层的厚度、平面电磁波在第i层介质层的传播常数以及相位差计算公式计算平面电磁波穿过第i层介质层的相位差。

27、进一步的，作为优选技术方案，所述平面电磁波在第i层介质层的传播常数的计算公式为：

28、

29、所述平面电磁波穿过第i层介质层的相位差的计算公式为：

30、φi＝kidi

31、综上可知，平面电磁波穿过第i层介质层的相位差与第i层介质层的介电常数的对应关系，表示为：

32、

33、其中，φi表示平面电磁波穿过第i层介质层的相位差，di表示第i层介质层的厚度，ki表示平面电磁波在第i层介质层的传播常数，λ0表示空间波长，εr,i表示第i层介质层的介电常数，θi表示第i层介质层中平面电磁波相对于法向入射的传播角。

34、进一步的，作为优选技术方案，第i层介质层的特征矩阵的获取具体包括：

35、根据第i层介质层中平面电磁波相对于法向入射的传播角和第i层介质层的介电常数数值计算第i层介质层的线路阻抗；

36、根据第i层介质层的线路阻抗和平面电磁波穿过第i层介质层的相位差计算得到第i层介质层的特征矩阵。

37、进一步的，作为优选技术方案，第i层介质层的线路阻抗的计算公式为：

38、

39、

40、所述第i层介质层的特征矩阵的计算公式为：

41、

42、其中，z0表示空间阻抗，表示e面线路阻抗，表示h面线路阻抗，mi表示第i层介质层的特征矩阵，zw,i表示第i层介质层的线路阻抗，φi表示平面电磁波穿过第i层介质层的相位差。

43、与现有技术相比，本发明具有以下优点：

44、本发明提供的一种多层介质的介电常数提取方法，测量的透射系数和反射系数与计算的透射系数和反射系数逐层求解得到每层介质层的介电常数数值，实现高精度的提取多个涂层的介电常数，提取求解介电常数数值后，可把保险杠设计到更优，以获得更好的雷达性能。

45、上述说明仅是本发明实施例技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明实施例的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明实施例的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。