一種基于人工磁導(dǎo)體矩形波導(dǎo)的材料電磁參數(shù)測試方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于人工磁導(dǎo)體矩形波導(dǎo)的材料電磁參數(shù)測試方法，屬于材料電 磁參數(shù)測試方法技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 材料的電磁參數(shù)測試方法主要有同軸探頭法、傳輸線法、自由空間法、諧振腔法、 平行板和電感測試法等。每一種方法都有它的優(yōu)勢和缺點。在眾多的測試方法中，傳輸線法 是將待測材料樣品置于空氣傳輸線（矩形波導(dǎo)或者同軸線）中，通過使用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀 (VNA)或者多端口技術(shù)測試該傳輸線的散射參數(shù)（S參數(shù)），再根據(jù)散射方程推算出待測介 質(zhì)傳輸線段的傳輸系數(shù)T和反射系數(shù)r，最后計算出材料的相對復(fù)介電常數(shù)\和相對磁 導(dǎo)率1^。傳輸線法因為具有操作簡單、測試速度快、測試頻帶寬、無輻射損耗及測試精度較 高等優(yōu)點而得到廣泛應(yīng)用，是目前各種材料微波電磁參數(shù)測試方法中研宄的最多的一種。
[0003] 作為單導(dǎo)體的金屬波導(dǎo)，它的寬邊和窄邊都是金屬導(dǎo)體，其內(nèi)部無法傳輸橫電磁 (TEM)波，只能傳輸橫電（TE)波或橫磁（TM)波。矩形波導(dǎo)具有截止頻率，即當(dāng)電磁波頻 率低于波導(dǎo)的截止頻率時，電磁波就不能在波導(dǎo)中傳輸了。波導(dǎo)的截止頻率由波導(dǎo)的尺寸 決定，尺寸越大截止頻率越低。正因為這個原因，當(dāng)工作頻率較低時，波導(dǎo)的尺寸將比較大。 這是使用金屬矩形波導(dǎo)測試材料電磁參數(shù)的最主要缺點之一。
[0004] 近幾年來，人工磁導(dǎo)體（ArtificialMagneticConductor，AMC)是微波毫米波領(lǐng) 域研宄的熱點之一。人工磁導(dǎo)體是超材料的一種，通過合理的設(shè)計可以實現(xiàn)某一頻點對垂 直入射平面波的同相位反射特性。利用這一個特性可以改變已有的微波器件的設(shè)計思路和 方法，從而得到一些具有特殊性能的器件和結(jié)構(gòu)。目前對AMC的應(yīng)用主要集中在天線的應(yīng) 用，如用來設(shè)計天線地板，能有效地降低天線的剖面，并對天線性能加以改善，如提高增益、 改善S參數(shù)、實現(xiàn)多頻工作等，而在微波器件上的應(yīng)用較少。本發(fā)明將利用人工磁材料設(shè)計 矩形波導(dǎo)，并把它用于材料電磁參數(shù)的測試，以克服現(xiàn)有的傳輸線法測試材料電磁參數(shù)的 部分缺點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出一種基于人工磁導(dǎo)體矩形波導(dǎo)的材料電 磁參數(shù)測試方法。
[0006] 一種基于人工磁導(dǎo)體矩形波導(dǎo)的材料電磁參數(shù)測試方法，含有以下步驟；
[0007] 首先利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測試放置有待測介質(zhì)材料的基于人工磁導(dǎo)體的矩形波 導(dǎo)兩個輸入（輸出）端口的S參數(shù)，包括第一反射特性Sn和第二反射特性S22，第一傳輸 特性S12和第二傳輸特性S21;然后利用以下公式計算材料的相對介電常數(shù)和相對磁導(dǎo)率：
【主權(quán)項】
1. 一種基于人工磁導(dǎo)體矩形波導(dǎo)的材料電磁參數(shù)測試方法，其特征在 于含有W下步驟； 將有待測介質(zhì)材料的基于人工磁導(dǎo)體放置矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，測試取得基于人工磁導(dǎo)體 的矩形波導(dǎo)兩個輸入（輸出）端口的S參數(shù)，包括第一反射特性Sii和第二反射特性S22， 第一傳輸特性S。和第二傳輸特性S21; 然后利用W下公式計算材料的相對介電常數(shù)和相對磁導(dǎo)率：
其中，Ef是被測試材料的相對介電常數(shù)，是被測試材料的相對磁導(dǎo)率；丫。是頻率 為《的電磁波在自由空間中傳播時的傳播常數(shù)，丫是頻率為《的電磁波在測試材料中傳 播時的傳播常數(shù)；r是波導(dǎo)端口的反射系數(shù)，T是波導(dǎo)端口的傳輸系數(shù)； e。是自由空間介電常數(shù)，y。是自由空間磁導(dǎo)率； 第一反射特性Sii為第二端口匹配時，第一端口的反射系數(shù)； 第一傳輸特性Si2為第一端口匹配時，從第二端口到第一端口的傳輸系數(shù)； 第二傳輸特性S21為第二端口匹配時，從第一端口到第二端口的傳輸系數(shù)； 第二反射特性S22為第一端口匹配時；第二端口的反射系數(shù)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法使用的測試系統(tǒng)，其特征在于包含一個基于人工磁導(dǎo)體 的矩形波導(dǎo)、兩根同軸傳輸線、兩個同軸波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器、一臺矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀和被測試的介質(zhì) 材料。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法使用的基于人工磁導(dǎo)體的矩形波導(dǎo)，其特征在于：是由 相互平行的第一寬邊電導(dǎo)體平面和第二寬邊電導(dǎo)體平面，相互平行的第一窄邊人工磁導(dǎo) 體平面和第二窄邊人工磁導(dǎo)體平面構(gòu)成。電導(dǎo)體和人工磁導(dǎo)體相互垂直，構(gòu)成矩形波導(dǎo)管 結(jié)構(gòu)；矩形波導(dǎo)的兩端與寬邊電導(dǎo)體平面和窄邊磁導(dǎo)體平面均垂直的端口面為第一輸入 (輸出）端口和第二輸入（輸出）端口，用于電磁波的輸入和輸出。
【專利摘要】一種基于人工磁導(dǎo)體矩形波導(dǎo)的材料電磁參數(shù)測試方法，屬于材料電磁參數(shù)測試方法技術(shù)領(lǐng)域。將有待測介質(zhì)材料的基于人工磁導(dǎo)體放置矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，測試取得基于人工磁導(dǎo)體的矩形波導(dǎo)兩個輸入(輸出)端口的S參數(shù),包括第一反射特性S11和第二反射特性S22，第一傳輸特性S12和第二傳輸特性S21；利用以下公式計算材料的相對介電常數(shù)和相對磁導(dǎo)率；本發(fā)明中基于人工磁導(dǎo)體的矩形波導(dǎo)可以傳輸頻率低至直流的電磁波，把它用于材料電磁參數(shù)的測試時具有至少兩個優(yōu)點，第一是可以在很寬的頻率范圍內(nèi)得到材料的電磁參數(shù)，第二是可以大大縮小被測試材料的體積。
【IPC分類】G01R27-26
【公開號】CN104849570
【申請?zhí)枴緾N201510274712
【發(fā)明人】郭慶新, 逯貴禎, 曾冬冬, 樸大志, 李增瑞
【申請人】中國傳媒大學(xué)
【公開日】2015年8月19日
【申請日】2015年5月26日