【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于微波測試，具體涉及一種基于平行帶線的強微波電場環境材料電磁參數測量系統及方法。
技術介紹
1、典型半導體材料、壓電陶瓷等功能陶瓷材料等具有特殊的電學性質，在傳感器、聲波器件等領域具有廣泛應用。這些材料在強微波電場的電磁參數會發生一定變化，對器件的特性會產生一定影響，與此相反，利用這一特性也可以來設計符合需求的器件。因此，測量諸如此類材料在微波強場環境下的電磁參數顯得尤為關鍵，而復介電常數εr和復磁導率μr是表征材料電磁特性的兩個重要參數。
2、目前，針對強微波電場環境下微波材料的測試已進行了一定的研究。高功率微波脈沖寬度效應實驗研究[j](方進勇,劉國治,李平等.強激光與粒子束,1999(05):639-642)中，探究了電子系統受高功率微波作用后產生擾亂的現象，提出了一種強微波電場的模擬方法。在公告號cn107202922a的專利“強電磁場環境材料微波介電特性研究測試系統及方法”中，不直接使用高功率源，而使用在一定功率的激勵下的壓縮式矩形諧振腔，在壓縮處提供了強電磁場環境，通過引入帶阻濾波器，把測試功率信號和激勵功率信號分開，一定程度的減小了測試誤差，進而使用諧振法進行材料的測試。但上述的測試方法目前均只針對材料在強微波場加載頻率下的電磁參數測試，由于微波器件會在強微波電場復雜環境的干擾下工作，并且微波器件工作頻率和強微波電場干擾頻率往往不在同一頻段，如無線電通信基站和雷達站等強電磁輻射場所，因此，材料電磁參數測試頻率與強微波電場頻率分離下的測試就具有重要的意義。目前，針對測試頻率與強微波電場頻率分離
技術實現思路
1、針對
技術介紹
所存在的問題，本專利技術的目的在于提供一種基于平行帶線的強微波電場環境材料電磁參數測量系統及方法。本專利技術創新性地設計具有開縫結構的雙面平行帶線，并基于雙面平行帶線構建強微波電場加載下的測量系統，通過測試頻率與強微波電場頻率分離的方式對待測樣品進行測試，獲取待測樣品的反射系數和傳輸系數，從而計算得出微波強場加載環境下待測材料的電磁參數。
2、為實現上述目的，本專利技術的技術方案如下：
3、基于平行帶線的強微波電場環境材料電磁參數測量系統，包括強微波電場環境加載裝置、強微波電場產生裝置和電磁參數測量裝置；
4、所述強微波電場產生裝置包括第一矢量網絡分析儀、第一隔離器、第二隔離器、功率放大器、功率計、第一衰減器、第二衰減器和定向耦合器；第一矢量網絡分析儀的第一端口、第一隔離器、功率放大器、第二隔離器和定向耦合器的輸入端依次連接，第一矢量網絡分析儀的第二端口、第二衰減器和定向耦合器的反射端依次連接，定向耦合器的耦合端依次連接第一衰減器和功率計，定向耦合器的輸出端與強微波電場環境加載裝置相連；
5、所述電磁參數測量裝置包括第二矢量網絡分析儀、發射天線、接收天線和金屬反射面；第二矢量網絡分析儀的第一端口與發射天線相連，第二端口與接收天線相連；金屬反射面包括兩個反射面單元，兩個反射面高度齊平，用于將天線波束聚焦；發射天線、接收天線分列在待測樣品兩側，發射天線、接收天線中心與反射面單元中心高度齊平；強微波電場環境加載裝置設置于發射天線和接收天線波束中心位置，且發射天線、接收天線的e面方向與強微波電場環境加載裝置中金屬平行帶線的縫隙短邊方向垂直；
6、所述強微波電場環境加載裝置包括金屬支架、終端短路板、n型接頭和微帶線；其中，金屬支架為中部鏤空的矩形金屬框，金屬支架的一短邊外側中心設置n型接頭，另一短邊中心設置終端短路板；金屬支架內側設置微帶線，所述微帶線包括阻抗匹配區和開縫平行帶線；
7、所述開縫平行帶線包括結構和尺寸均相同的第一金屬平行帶線和第二金屬平行帶線；金屬平行帶線為開設有兩條對稱矩形縫隙的金屬板，兩條矩形縫隙關于金屬支架兩短邊中心點的連線對稱；
8、所述阻抗匹配區呈矩形，其固定設置于靠近n型接頭的金屬支架內側，且與金屬支架內側短邊不接觸，避免微帶線短路；阻抗匹配區關于金屬支架兩短邊中心點的連線對稱，阻抗匹配區包括矩形介質板和設置于矩形介質板上下表面的金屬層；
9、上表面的金屬層包括矩形區和漸變區，n型接頭的探針與矩形區一短邊中心接觸，漸變區連接矩形區和第一金屬平行帶線的一端，第一金屬平行帶線的另一端與終端短路板固定連接；
10、下表面的金屬層的形狀為矩形和梯形連接得到，矩形的一長邊與介質板的邊緣齊平，梯形的下底邊與矩形的另一長邊重合，上底邊與第二金屬平行帶線一端連接，第二金屬平行帶線的另一端與終端短路板固定連接；
11、金屬支架的長邊中心開縫，待測樣品或金屬短路板經金屬支架的長邊縫隙，放置于上下兩層金屬平行帶線之間。
12、進一步地，發射天線和接收天線為線極化角錐喇叭天線。
13、進一步地，在雙面平行帶線強微波電場環境加載裝置中放置金屬短路板和待測樣品材料時，應使電磁波波束垂直入射兩者表面，并且在放置過程中確保朝向發射天線側的表面處于同一位置。
14、進一步地，待測樣品尺寸應全部覆蓋金屬平行帶線的縫隙區域。
15、進一步地，兩條矩形縫隙之間的距離為1-2mm，矩形縫隙的寬度為2.5-2.5mm，金屬平行帶線的厚度為20-100μm。
16、本專利技術還提供基于上述測量系統進行電磁參數測試的方法，包括以下步驟：
17、步驟1：連接測量系統，然后調整天線，使測量系統電磁波傳輸路徑直連，接收信號最大；
18、步驟2：設置第二矢量網絡分析儀的基礎參數，然后對測量系統進行trl校準；
19、步驟3：將待測樣品放置于雙面平行帶線強微波電場環境加載裝置中心位置，將接收天線遠離發射天線平行移動，移動距離為待測樣品的厚度；
20、步驟4：打開第一矢量網絡分析儀并調整功率放大器，在待測樣品處營造強微波電場加載環境，電場強度峰值emax與輸入功率p之間的關系為：
21、
22、式中，zc為雙面平行帶線的特性阻抗，d為雙面平行帶線的間距；
23、步驟4：通過第二矢量網絡分析儀測量得到強微波電場加載環境下待測樣品的s11材、s21材參數，計算得到待測樣品在垂直入射下的反射系數γ和傳輸系數t分別為：
24、
25、
26、其中：
27、
28、步驟5：基于待測樣品材料厚度d，垂直入射下待測樣品材料的反射系數γ和傳輸系數t，計算得到待測樣品材料的復介電常數εr和復磁導率μr，具體公式為：
29、
30、
31、其中：
32、m＝jlnt/(dk0)?????????????????????????????(7)
33、式中，k0為自由空間電磁波的波數。
34、進一步地，步驟1的具體過程為：將金屬短路板放置于雙面平行帶線強微波電場環境加載裝置中，同時調整收發天線位置，使兩天線的s11、s22曲線在本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.基于平行帶線的強微波電場環境材料電磁參數測量系統，其特征在于，包括強微波電場環境加載裝置、強微波電場產生裝置和電磁參數測量裝置；
2.如權利要求1所述的強微波電場環境材料電磁參數測量系統，其特征在于，發射天線和接收天線為線極化角錐喇叭天線。
3.如權利要求1所述的強微波電場環境材料電磁參數測量系統，其特征在于，在雙面平行帶線強微波電場環境加載裝置中放置金屬短路板和待測樣品材料時，應使電磁波波束垂直入射兩者表面，并且在放置過程中確保朝向發射天線側的表面處于同一位置。
4.如權利要求1所述的強微波電場環境材料電磁參數測量系統，其特征在于，待測樣品尺寸應全部覆蓋金屬平行帶線的縫隙區域。
5.如權利要求1所述的強微波電場環境材料電磁參數測量系統，其特征在于，兩條矩形縫隙之間的距離為1-2mm，矩形縫隙的寬度為2.5-2.5mm，金屬平行帶線的厚度為20-100μm。
6.一種基于權利要求1-5任一權利要求所述的強微波電場環境材料電磁參數測量系統進行電磁參數測試的方法，其特征在于，包括以下步驟：
7.如權利要求6所
8.如權利要求6所述的電磁參數測試的方法，其特征在于，步驟2中的基礎參數包括測試頻率和中頻帶寬。
9.如權利要求6所述的電磁參數測試的方法，其特征在于，在步驟4中，測量得到的S11材、S21材參數需要經過時域選通處理。
...【技術特征摘要】
1.基于平行帶線的強微波電場環境材料電磁參數測量系統，其特征在于，包括強微波電場環境加載裝置、強微波電場產生裝置和電磁參數測量裝置；
2.如權利要求1所述的強微波電場環境材料電磁參數測量系統，其特征在于，發射天線和接收天線為線極化角錐喇叭天線。
3.如權利要求1所述的強微波電場環境材料電磁參數測量系統，其特征在于，在雙面平行帶線強微波電場環境加載裝置中放置金屬短路板和待測樣品材料時，應使電磁波波束垂直入射兩者表面，并且在放置過程中確保朝向發射天線側的表面處于同一位置。
4.如權利要求1所述的強微波電場環境材料電磁參數測量系統，其特征在于，待測樣品尺寸應全部覆蓋金屬平行帶線的縫隙區域。
5.如權利要求1所述的強微波電場環境材料電磁參數測量系統，其特征在于，兩條矩形縫隙之間的距離為1-2mm，矩形縫隙的寬度為2...
【專利技術屬性】
技術研發人員：朱香寶，張晟昱，張云鵬，龍嘉威，程錦，高沖，余承勇，李恩，
申請(專利權)人：電子科技大學，
類型：發明
國別省市：
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