CN102539934A - 一种天线罩材料介电常数和损耗角正切参数的测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种天线罩材料介电常数和损耗角正切参数的粘确测试方法，该方法根据测试频段，设定测试用的波导长度，将测试波导连接到网络分析仪上，校准网络分析仪，测试初始相位和驻波。在测试波导中放入半波导波长的奇数倍或任意长度的试片，用网络分析仪测得相位和驻波。利用Ansoft HFSS的参数扫描功能对材料的介电常数进行扫描，设定材料的介电常数为3.3～3.4，步长为0.01，得到相位的扫描仿真结果。采用本发明有效的提高了天线罩材料介电常数和损耗角正切参数的精确测试，可得到介质材料的介电常数和损耗角正切(tanδ)参数。取得了提高工作效率，降低测试精度与被测试片尺寸的相关性的有益效果。

Description

一种天线罩材料介电常数和损耗角正切参数的测试方法

技术领域：

本发明涉及天线技术领域，具体涉及天线罩用介质材料微波介电性能的精确测试方法。

背景技术：

介质材料微波介电性能的测试是微波测试中的一个项目，在采用短路波导法测试时，被测试片的长度必须是是四分之一介质波导波长的奇数倍。

目前通常做法是，在被测介质材料的介电常数不知道确定的情况下，需初步确定被测介质材料试片的尺寸，经测试后，确定测试试片的长度，这样需反复多次测试，调整试样的厚度，逐步逼近精确值。这种方法不但工作量大，而且测试精度与被测试片尺寸的相关性大。

发明内容：

本发明所要解决的问题是提供一种天线罩材料介电常数和损耗角正切参数的精确测试方法，可得到介质材料的介电常数和损耗角正切(tanδ)参数，其结果与实际结果相符，而与被测介质材料试片的长度尺寸无关。

为实现以上目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种天线罩材料介电常数和损耗角正切参数的精确测试方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

步骤1：根据测试频段，设定测试用的波导长度为半波导波长的奇数倍。

波导波长的计算公式为：

${\mathrm{\λ}}_g=\frac{{\mathrm{\λ}}_0}{\sqrt{1-{\left(\frac{{\mathrm{\λ}}_0}{{\mathrm{\λ}}_c}\right)}^2}}---\left(1\right)$

式中，λ₀、λ_c为自由空间波长与波导截止波长。

在f＝10GHz时，设定测试用的波导长度为半波导波长的奇数倍(这里取3倍)得：

$l=\frac{{\mathrm{\λ}}_g}{2}.3=\frac{30}{\sqrt{1-{\left(\frac{30}{22.86\×2}\right)}^2}}.\frac{3}{2}=59.6\left(\mathrm{mm}\right)---\left(2\right)$

步骤2：测试波导连接到网络分析仪上，校准网络分析仪，测试初始相位和驻波。这样的一段金属波导的初始相位为179.5°，驻波为106，相当于测试时网络分析仪对系统校准后的初始测试结果。

步骤3：在测试波导中放入半波导波长的奇数倍或任意长度的试片，用网络分析仪测得相位和驻波。

厚度为14mm的试样放入波导的末端(如图1)，测得到相位值为-146.03°，驻波为33.25。

步骤4：利用Ansoft HFSS的参数扫描功能，分别得到被测参数介电常数和损耗角正切(tanδ)。

利用Ansoft HFSS的参数扫描功能，首先对材料的介电常数进行扫描。设定材料的介电常数为3.3～3.4，步长为0.01，得到相位的扫描仿真结果如图2所示。从仿真结果可以看出，当相位值为-146.03时对应的介电常数值为3.34，所以被测材料的介电常数应为3.34。

利用Ansoft HFSS的参数扫描功能，再对材料的损耗角正切进行扫描。设定材料的损耗角正切为0.001～0.01，步长为0.001，得到损耗角正切的扫描仿真结果如图3所示。

当驻波值为33.25时对应的损耗角正切值为0.005。

本发明带来以下有益效果：

本发明在Ansoft HFSS仿真软件中，对采用短路波导法的实际测试过程进行建模和仿真，可以解决上面提到的被测介质材料试片的尺寸及测试精度与测试试片尺寸的相关性问题，利用软件的参数扫描功能，可得到介质材料的介电常数和损耗角正切(tanδ)参数，其结果与实际结果相符，而与被测介质材料试片的长度尺寸无关。

附图说明

图1为材料试样电性能测试模型示意图

图2为材料试样介电常数扫描的仿真结果示意图

图3为材料试样损耗角正切扫描的仿真结果示意图。

具体实施方式：

下面结合实例对本发明作进一步详细说明。

在f＝10GHz时，设定测试用的波导长度为半波导波长的奇数倍(这里取3倍)得：

$l=\frac{{\mathrm{\λ}}_g}{2}.3=\frac{30}{\sqrt{1-{\left(\frac{30}{22.86\×2}\right)}^2}}.\frac{3}{2}=59.6\left(\mathrm{mm}\right)---\left(1\right)$

通过仿真，这样的一段金属波导的初始相位为179.5°，驻波为106，相当于测试时网络分析仪对系统校准后的初始测试结果。

将尺寸为22.7mm×10mm×14mm的试样放入波导的末端，测得到相位值为-128.31°，驻波为50。

将尺寸为22.7mm×10mm×14mm的试样放入波导的末端，仿真模型如图1所示。图1中1为端口，2为金属波导，3为材料试样。

在测试中，影响相位测试结果的主要是材料的介电常数，损耗角正切对其影响可以忽略不计；影响驻波测试结果的主要是材料的损耗角正切，介电常数对其影响可以忽略不计。

利用Ansoft HFSS的参数扫描功能，首先对材料的介电常数进行扫描。设定材料的介电常数为3.1～3.3，步长为0.01，得到相位的扫描仿真结果如图2所示。

从仿真结果可以看出，当相位值为-128.31°时对应的介电常数值为3.20，得到被测材料的介电常数应为3.20。

利用Ansoft HFSS的参数扫描功能，再对材料的损耗角正切(tanδ)进行扫描。设定材料的损耗角正切为0.001～0.01，步长为0.001，得到损耗角正切的扫描仿真结果如图3所示。

从仿真结果可以看出，当驻波值为50时对应的损耗角正切值为0.004，得到被测材料的损耗角正切应为0.004。

用同样的方法，得到9组不同厚度介质试样的电性能参数，如表1所示。

表1介质试样电性能参数

序号	试片厚度(mm)	介电常数	损耗角正切
				1	6	3.20	0.004
2	7	3.19	0.005
				3	8	3.19	0.005
4	9	3.20	0.003
				5	10	3.21	0.004
6	11	3.21	0.004
				7	12	3.20	0.004
8	13	3.20	0.004
				9	14	3.20	0.004

从表1中可以看出，计算不同厚度介质试样得到的结果有很好的一致性，与实际结果很吻合。因此使用Ansoft HFSS建模仿真的方法对不同厚度的介质试样都适用，并消除了空气缝隙对结果的影响，可以很方便的得到介质材料准确的电性能参数。

Claims (3)

1.一种天线罩材料介电常数和损耗角正切参数的精确测试方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

步骤1：根据测试频段，设定测试用的波导长度为半波导波长的奇数倍。

波导波长的计算公式为：

${\mathrm{\λ}}_g=\frac{{\mathrm{\λ}}_0}{\sqrt{1-{\left(\frac{{\mathrm{\λ}}_0}{{\mathrm{\λ}}_c}\right)}^2}}---\left(1\right)$

式中，λ₀、λ_c为自由空间波长与波导截止波长。

在f＝10GHz时，设定测试用的波导长度为半波导波长的奇数倍(这里取3倍)得：

$l=\frac{{\mathrm{\λ}}_g}{2}.3=\frac{30}{\sqrt{1-{\left(\frac{30}{22.86\×2}\right)}^2}}.\frac{3}{2}=59.6\left(\mathrm{mm}\right)---\left(2\right)$

步骤2：测试波导连接到网络分析仪上，校准网络分析仪，测试初始相位和驻波。这样的一段金属波导的初始相位为179.5°，驻波为106，相当于测试时网络分析仪对系统校准后的初始测试结果。

步骤3：在测试波导中放入半波导波长的奇数倍或任意长度的试片，用网络分析仪测得相位和驻波。

步骤4：利用Ansoft HFSS的参数扫描功能，分别得到被测参数介电常数和损耗角正切(tanδ)。

2.根据权利要求1所述的一种天线罩材料介电常数和损耗角正切参数的精确测试方法，其特征在于：步骤3所述的厚度为14mm的试样放入波导的末端，测得到相位值为-146.03°，驻波为33.25。

3.根据权利要求1所述的一种天线罩材料介电常数和损耗角正切参数的精确测试方法，其特征在于：所述的相位利用Ansoft HFSS的参数扫描，首先对材料的介电常数进行扫描，设定材料的介电常数为3.3～3.4，步长为0.01，得到相位的扫描仿真结果。

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