CN106501617A - 介质材料测量件的校准方法、短路校准件、介质材料测量方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种介质材料测量件的校准方法、短路校准件、介质材料测量方法及装置，本发明中利用至少三个轴向长度不同的短路校准件分别与介质材料测量件连接，通过测量电路得到数据计算得到介质材料测量件的网络参数，再通过介质材料测量件与试验样品连接，通过测得的数据计算及查询数据库等方式得到试验样品的介电常数，介质材料测量装置可根据试验样品的尺寸，调整其与试验样品的连接方式，介质材料测量件的校准方法可校准介质材料测量件的网络参数，使介质材料测量装置在测量试验样品的介电常数时得到更准确的数值，同时介质材料测量装置可在不对试验样品进行破坏处理的情况下进行试验，适用性好。

Description

介质材料测量件的校准方法、短路校准件、介质材料测量方法 及装置

技术领域

本发明涉及材料检测领域，特别是涉及一种介质材料测量件的校准方法、短路校准件、介质材料测量方法及装置。

背景技术

介质材料是射频部件及射频类产品中的常用材料，广泛应作PCB基材、天线保护罩、谐振腔调谐零件等多个方面，而介质材料的电磁特性作为介质材料的重要特性之一，对介质材料的应用有重要的影响。

一般可用介电常数来表示介质材料的电磁特性，因此介电常数的测量是介电材料参数测量的重要组成部分，根据介质材料的不同，试验方法也不尽相同，且现有的试验方式中的装置受到环境的影响，其自身参数无法确定，使试验数据存在误差，无法得到介质材料准确的介电常数，同时由于现有的介质材料测量件对试验样品的尺寸有要求，需要对试验样品进行破坏性加工，不利于研究试验样品的整体性能。

发明内容

基于此，本发明在于克服现有技术的不足，提供一种测量误差小且适用性好的介质材料测量件的校准方法、短路校准件、介质材料测量方法及装置。

其技术方案如下：

一种介质材料测量件的校准方法，包括以下步骤：

将介质材料测量件的一端分别与至少三个短路校准件连接，至少三个短路校准件的轴向长度均不相同，将介质材料测量件的另一端接入测量电路，得到与每个短路校准件分别对应的测量电路输入端的反射系数S_mi(i＝1～N，N≥3)；

将至少三个短路校准件分别对应的反射系数G_i(i＝1～N，N≥3)与至少三个所述短路校准件分别对应的测量电路输入端的反射系数S_mi(i＝1～N，N≥3)联合建立方程组，得到：

S_mi＝S₁+S_cG_i/(1-S₂G_i),(i＝1～N，N≥3)；

将所述方程组中的任意三个方程组合求解，得到相应的网络参数S_1t、S_2t及则所述方程组可得到组介质材料测量件的网络参数：

利用最小二乘法处理上述网络参数的矩阵，得到介质材料测量件的网络参数S₁、S₂及S_c

下面对一种技术方案进行进一步说明：

在其中一个实施例中，所述短路校准件为三个，将介质材料测量件的一端分别与三个所述短路校准件连接，将介质材料测量件的另一端接入测量电路，得到三个所述短路校准件分别对应的测量电路输入端的反射系数S_m1、S_m2及S_m3；

将三个所述短路校准件分别对应的反射系数G₁、G₂及G₃与三个所述短路校准件分别对应的测量电路输入端的反射系数S_m1、S_m2及S_m3联合建立方程组，得到：

S_m1＝S₁+S_cG₁/(1-S₂G₁)，

S_m2＝S₁+S_cG₂/(1-S₂G₂)，

S_m3＝S₁+S_cG₃/(1-S₂G₃)；

求解上述方程组，

S₁＝t₁/t₂,

S₂＝t₃/t₄,

S_c＝t₅/t₆,其中，

t₁＝(G₁-G₂)(G₁-G₃)(G₂-G₃)(S_m1-S_m2)(S_m1-S_m3)(S_m2-S_m3)，

t₂＝(G₂G₃)(S_m2-S_m3)+G₁(G₂(S_m1-S_m2)+G₃(S_m3-S_m1)))²，

t₃＝G₁G₃S_m1S_m2+G₂G₃S_m1S_m2+G₁G₂S_m1S_m3-G₂G₃S_m1S_m3

-G₁G₂S_m2S_m3+G₁G₃S_m2S_m3，

t₄＝G₁G₂S_m1-G₁G₃S_m1-G₁G₂S_m2+G₂G₃S_m2+G₁G₃S_m3-G₂G₃S_m3，

t₅＝G₂S_m1-G₃S_m1-G₁S_m2+G₃S_m2+G₁S_m3-G₂S_m3，

t₆＝G₁G₂S_m1-G₁G₃S_m1-G₁G₂S_m2+G₂G₃S_m3+G₁G₃S_m3-G₂G₃S_m3，

得到介质材料测量件的网络参数S₁、S₂及S_c。

一种介质材料测量方法，包括以下步骤：

利用上述介质材料测量件的校准方法对介质材料测量件进行校准，得到所述介质材料测量件的网络参数S₁、S₂及S_c；

将介质材料测量件的一端连接试验样品，将介质材料测量件的另一端接入测量电路，得到与试验样品对应的测量电路输入端的反射系数S_dut，根据微波网络理论，试验样品的反射系数G_dut为：

G_dut＝(S₁-S_dut)/(S₁S₂-S_c-S₂S_dut)；

根据测量电路、介质材料测量件及试验样品依次连接后的等效电路与微波网络理论，得到所述等效电路中的等效导纳y＝y(ω,ε_r)引起的反射系数G_y为

G_y＝(1-y)/(1+y)，其中

y＝y(ω,ε_r)＝G₀Z₀ε_r ^5/2+jωZ₀(ε_rC₀+C_f)；

利用G_y与y的关系制作G_y与ε_r的数据库，令G_y＝G_dut，与G_y对应的ε_r值为试验样品的介电常数。

在其中一个实施例中，将介质材料测量件的一端连接试验样品，将介质材料测量件的另一端接入测量电路，具体包括以下步骤：

若试验样品尺寸小于介质材料测量件第一外导体的内径，将介质材料测量件的第一外导体与短路校准件的第二外导体连接，介质材料测量件的第一内导体、短路校准件的第二内导体分别抵设于试验样品的两个侧面；若试验样品尺寸大于介质材料测量件第一外导体的内径，将介质材料测量件的第一内导体与第一外导体均抵设于试验样品的同一侧面，将介质材料测量件远离试验样品的一端接入测量电路。

一种实现上述校准方法的短路校准件，其特征在于，所述短路校准件包括短路板、第二外导体及第二内导体，所述第二外导体与所述第二内导体均与所述短路板连接，并位于所述短路板的同一侧，所述第二内导体为圆柱体，所述第二外导体为套设于所述第二内导体外的圆形套管，所述第二内导体与所述第二外导体同轴设置，所述第二外导体和/或所述第二内导体远离所述短路板的一端与介质材料测量件配合连接，所述第二内导体的轴向长度大于或等于0。

在其中一个实施例中，所述第二内导体包括第二固定部及第二抵设部，所述第二固定部与所述第二抵设部均为圆柱体，所述第二固定部设有与所述第二抵设部配合的配合槽，所述第二抵设部部分伸入所述配合槽，所述第二抵设部套设有弹簧，所述弹簧的一端与所述第二抵设部连接，所述弹簧的另一端与所述配合槽的内壁连接。

一种介质材料测量装置，包括介质材料测量件及上述短路校准件，所述介质材料测量件包括第一内导体与第一外导体，所述第一外导体套设于所述第一内导体外，所述第一外导体与所述第一内导体连接，所述第一内导体与所述第一外导体的一端用于与测量电路连接，若试验样品尺寸大于所述介质材料测量件第一外导体的内径，所述第一内导体与所述第一外导体另一端的端面均用于抵设试验样品；若试验样品尺寸小于介质材料测量件第一外导体的内径，所述第一内导体另一端的端面用于抵接试验样品，所述第一外导体套设于所述试验样品，所述第一外导体靠近所述试验样品的端面与所述第二外导体配合连接，所述第一内导体靠近所述试验样品的一端与所述第二内导体配合夹持所述试验样品。

在其中一个实施例中，所述第一内导体包括第一固定部及第一抵接部，所述第一外导体与所述第一固定部连接，所述第一固定部与所述第一抵接部通过弹性件连接，所述第一固定部为前粗后细的阶梯轴，所述第一抵接部设有与所述第一固定部的粗端配合的第一限位槽，所述第一限位槽的底面设有与所述第一固定部的细端配合的第二限位槽，第一限位槽的内径大于所述第二限位槽的内径，所述弹性件的一端设于所述第一限位槽与所述第二限位槽的连接处，所述弹性件的另一端设于所述第一固定部的轴肩处，所述第一抵接部远离所述第一固定部的一端的端面用于抵设所述试验样品表面。

在其中一个实施例中，所述第一抵接部为圆柱体，所述第一抵接部的外径与所述第二内导体的直径相等，所述第一外导体为圆形套筒，所述第一外导体与所述第二外导体的内径相等，所述第一内导体与所述第一外导体同轴设置。

在其中一个实施例中，所述第二外导体的外缘设有延伸部，所述延伸部向远离所述短路板的方向延伸，所述第一外导体靠近所述试验样品的一端的外表面设有外螺纹，所述延伸部设有与所述外螺纹配合的内螺纹，所述第一外导体与所述第二外导体通过螺纹配合连接。

下面对前述技术方案的优点或原理进行说明：

上述介质材料测量件的校准方法，利用至少三个轴向长度不同的短路校准件测量介质材料测量件的网络参数，得出至少一组网络参数，再对上述至少一组网络参数进行处理得到介质材料测量件的网络参数，此网络参数由于通过多组数据得出，更能消除校准过程的误差，得到介质材料测量件的确定值，使后续对介质材料参数的测量更准确。

上述介质材料测量方法，先利用上述校准方法对介质材料测量件的网络参数进行校准，得到介质材料测量件确定的网络参数，因此最终得到介质材料的介电常数误差更小，同时由于制成了数据库，更方便了由测量结果得到介质材料的介电常数。

上述短路校准件利用第二外导体、第二内导体与介质材料测量件配合，同时第二内导体与第二外导体之间的距离保持不变，此外第二内导体的轴向长度大于或等于0，上述短路校准件通过第二外导体、第二内导体与介质材料测量件配合，形成回路，可测得与短路校准件对应的测量电路输入端的反射系数，再通过处理上述反射系数得到介质材料测量件的网络参数，此时得到的网络参数为介质材料测量件为介质材料测量件在当前环境下的网络参数，由于介质材料测量件的网络参数会随着试验环境而发生变化，相比于介质材料测量件的理论网络参数，在后续对介质材料的介电常数进行测量时，利用上述网络参数可得出更精确的介质材料的介电常数。

上述介质材料测量装置，先将第一内导体与第一外导体的一端与测量电路电性连接，当试验样品尺寸大于第一外导体的内径时，可直接将第一外导体与第一内导体的一端均抵设于试验样品表面；若试验样品的尺寸小于第一外导体的内径时，第一内导体与第二内导体分别抵设于试验样品的两端，第一外导体套设于试验样品，同时第一外导体与第二外导体连接，上述介质材料测量装置可根据试验样品的不同尺寸确定试验样品与介质材料测量件的不同连接方式，实现在不对试验样品进行破坏性处理的基础上，对介质材料的介电常数进行测量，因此可适用于不同的介质材料，因此适用性较好。

附图说明

图1为介质材料测量件的校准方法的步骤示意图；

图2为利用三个短路校准件对介质材料测量件进行校准的步骤示意图；

图3为介质材料测量方法的步骤示意图；

图4为介质材料测量方法的S20步骤的具体步骤示意图；

图5为介质材料测量件与短路校准件220a的连接示意图；

图6为介质材料测量件与短路校准件220b的连接示意图；

图7为介质材料测量件与短路校准件220c的连接示意图；

图8为介质材料测量装置与试验样品的一种连接方式示意图；

图9为介质材料测量装置与试验样品的另一种连接方式示意图；

图10为介质材料测量装置与试验样品连接的网络信号流图；

图11为介质材料测量件与短路校准件连接的等效电路图。

附图标记说明：

100、介质材料测量件，110、第一内导体，111、第一固定部，112、第一抵接部，112a、第一限位槽，112b、第二限位槽，120、第一外导体，200、短路校准件，210、第二内导体，220、第二外导体，221、延伸部，230、短路板，200a、短路校准件，200b、短路校准件，200c、短路校准件，300、试验样品。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

如图1所示，介质材料测量件100的校准方法包括以下步骤：

将介质材料测量件100的一端分别与至少三个短路校准件200连接，至少三个短路校准件200的轴向长度均不相同，将介质材料测量件100的另一端接入测量电路，得到与每个短路校准件200分别对应的测量电路输入端的反射系数S_mi(i＝1～N，N≥3)；

将至少三个短路校准件200分别对应的反射系数G_i(i＝1～N，N≥3)与至少三个短路校准件200分别对应的测量电路输入端的反射系数S_mi(i＝1～N，N≥3)联合建立方程组，得到：

S_mi＝S₁+S_cG_i/(1-S₂G_i),(i＝1～N，N≥3)；

将方程组中的任意三个方程组合求解，得到相应的网络参数S_1t、S_2t及S_ct 则方程组可得到组介质材料测量件100的网络参数：

利用最小二乘法处理上述网络参数的矩阵，得到介质材料测量件100的网络参数S₁、S₂及S_c。

上述介质材料测量件100的校准方法利用至少三个轴向长度不同的短路校准件分别与介质材料测量件100一端连接，将介质材料测量件100的另一端接入测量电路得到与不同轴向长度的短路校准件200对应的测量电路输入端的反射系数，再与短路校准件200自身的反射系数一起带入公式形成方程组，通过解上述方程组可得到至少一组介质材料测量件100的网络参数，当介质材料测量件100的网络参数多于一组时，可利用最小二乘法处理上述多组介质材料测量件100的网络参数，得到一组更精确的介质材料测量件100的网络参数，上述介质材料测量件100的校准方法，利用至少三个轴向长度不同的短路校准件200测量介质材料测量件100的网络参数，得出至少一组网络参数，再对上述至少一组网络参数进行处理得到介质材料测量件100的网络参数，此网络参数由于通过多组数据得出，更能消除校准过程的误差，得到介质材料测量件100的确定值，使后续对介质材料参数的测量更准确。

在本实施例中，公式S_mi＝S₁+S_cG_i/(1-S₂G_i),(i＝1～N，N≥3)通过图10中的网络信号流图得到，此外上述至少三个轴向长度不同的短路校准件200对应的反射系数G_i(i＝1～N，N≥3)通过理论计算或使用电磁仿真软件得到，因此可以当做方程中的已知量。

如图2所示，在本实施例中，短路校准件200为三个，将介质材料测量件100的一端分别与三个如图5、图6及图7所示的短路校准件200a、200b及200c连接，将介质材料测量件100的另一端接入测量电路，得到三个短路校准件200a、200b及200c分别对应的测量电路输入端的反射系数S_m1、S_m2及S_m3；

将三个短路校准件200a、200b及200c分别对应的反射系数G₁、G₂及G₃与三个短路校准件200a、200b及200c分别对应的测量电路输入端的反射系数S_m1、S_m2及S_m3联合建立方程组，得到：

S_m1＝S₁+S_cG₁/(1-S₂G₁)，

S_m2＝S₁+S_cG₂/(1-S₂G₂)，

S_m3＝S₁+S_cG₃/(1-S₂G₃)；

求解上述方程组，

S₁＝t₁/t₂,

S₂＝t₃/t₄,

S_c＝t₅/t₆,其中，

t₁＝(G₁-G₂)(G₁-G₃)(G₂-G₃)(S_m1-S_m2)(S_m1-S_m3)(S_m2-S_m3)，

t₂＝(G₂G₃)(S_m2-S_m3)+G₁(G₂(S_m1-S_m2)+G₃(S_m3-S_m1)))²，

t₃＝G₁G₃S_m1S_m2+G₂G₃S_m1S_m2+G₁G₂S_m1S_m3-G₂G₃S_m1S_m3

-G₁G₂S_m2S_m3+G₁G₃S_m2S_m3，

t₄＝G₁G₂S_m1-G₁G₃S_m1-G₁G₂S_m2+G₂G₃S_m2+G₁G₃S_m3-G₂G₃S_m3，

t₅＝G₂S_m1-G₃S_m1-G₁S_m2+G₃S_m2+G₁S_m3-G₂S_m3，

t₆＝G₁G₂S_m1-G₁G₃S_m1-G₁G₂S_m2+G₂G₃S_m3+G₁G₃S_m3-G₂G₃S_m3，

得到介质材料测量件100的网络参数S₁、S₂及S_c。

在本实施例中，利用三个轴向长度不同的短路校准件200a、200b及200c对介质材料测量件100的网络参数进行校准测量，即可得到一组介质材料测量件100的网络参数，由于利用多个短路校准件200来测量，可消除部分由于电路连接或短路校准件200的结构造成的测量误差，测得的网络参数更准确，有利于介质材料测量件100测得更准确的试验数据，但用于校准介质材料测量件100的短路校准件200越多，通过校准得到的介质材料测量件100的网络参数就越准确，因此可根据试验需求调整短路校准件200的数量。

如图3所示，介质材料测量方法包括以下步骤：

S10、利用上述介质材料测量件100的校准方法对介质材料测量件100进行校准，得到介质材料测量件100的网络参数S₁、S₂及S_c；

S20、将介质材料测量件100的一端连接试验样品300，将介质材料测量件100的另一端接入测量电路，得到与试验样品300对应的测量电路输入端的反射系数S_dut，根据微波网络理论，试验样品300的反射系数G_dut为：

G_dut＝(S₁-S_dut)/(S₁S₂-S_c-S₂S_dut)；

S30、根据测量电路、介质材料测量件100及试验样品300依次连接后的等效电路与微波网络理论，得到等效电路中的等效导纳y＝y(ω,ε_r)引起的反射系数G_y为

G_y＝(1-y)/(1+y)，其中

y＝y(ω,ε_r)＝G₀Z₀ε_r ^5/2+jωZ₀(ε_rC₀+C_f)；

S40、利用G_y与y的关系制作G_y与ε_r的数据库，令G_y＝G_dut，与G_y对应的ε_r值为试验样品300的介电常数。

上述介质材料测量方法将测量电路、介质材料测量件100与试验样品300依次电性连接，由于试验样品300改变了介质材料测量件100的内部尺寸，由此可通过测量电路得到试验样品300对应的测量电路输入端的放射系数，再与已知的介质材料测量件100的网络参数带入由微波网络理论得到的公式中，求出试验样品300的放射系数，如图11所示，根据测量电路、介质材料测量件100及试验样品300依次连接后的等效电路图与微波网络理论，可得到等效电路中等效导纳及其引起的反射系数之间的关系，同时等效电路中的等效导纳与试验样品300的介电常数之间存在关系，上述等效电路中等效导纳与其引起的反射系数之间的关系可制作为数据库，通过数据库由等效导纳引起的反射系数得到试验样品300的介电常数，再令等效导纳引起的放射系数等于试验样品300对应的测量电路输入端的反射系数，此时利用试验样品300对应的测量电路输入端的反射系数在数据库中即可得到介质材料的介电常数，由于上述介质材料测量方法利用介质材料测量件100确定的网络参数，因此最终得到介质材料的介电常数误差更小，同时由于制成了数据库，更方便了由测量结果得到介质材料的介电常数。

在本实施例中，公式y＝y(ω,ε_r)＝G₀Z₀ε_r ^5/2+jωZ₀(ε_rC₀+C_f)中C_f表示开口同轴线末端内外导体间的分布电容，ε_rC₀表示由被测件的介电常数ε_r引起的边缘电容，二者均可通过理论计算得到。

在本实施例中，S40步骤可通过3D电磁仿真软件处理G_y＝(1-y)/(1+y)；y＝y(ω,ε_r)＝G₀Z₀ε_r ^5/2+jωZ₀(ε_rC₀+C_f)两个公式，得到G_y与ε_r的关系并制作成专用数据库，令G_y＝G_dut，再通过数据拟合、查表检索的方法得到介电常数ε_r的具体数值。

如图4所示，上述介质材料测量方法中，S20步骤具体为：

若试验样品300尺寸小于介质材料测量件100第一外导体120的内径，将介质材料测量件100的第一外导体120与短路校准件200的第二外导体220连接，介质材料测量件100的第一内导体110、短路校准件200的第二内导体210分别抵设于试验样品300的两个侧面；若试验样品300尺寸大于介质材料测量件100第一外导体120的内径，将介质材料测量件100的第一内导体110与第一外导体120均抵设于试验样品300的同一侧面，将介质材料测量件100远离试验样品300的一端接入测量电路。

上述步骤可根据试验样品300的具体尺寸或要求，选择介质材料测量件100与试验样品300不同的连接方式，可将试验样品300制成标准尺寸的片状，同时使试验样品300的尺寸小于介质材料测量件100的第一外导体120的内径，此时使用介质材料测量件100与短路校准件200配合夹持试验样品300，使试验样品300被封闭在介质材料测量件100与短路校准件200内；若对试验样品300不便于进行裁剪等破坏性处理，也可直接将介质材料测量件100的第一内导体110与第一外导体120抵设于试验样品300的同一侧面，再将介质材料测量件100的一端接入测量电路，上述两种连接方式均可对介质材料的介电常数进行测量，对不同介质材料的适用性好，同时可在不破坏介质材料的基础上测量介质材料的介电常数，测量过程更简单。

在本实施例中，若试验样品300可以被加工，可将试验样品300通过剪裁等方式制成直径小于第一外导体120内径的圆形片状结构，使试验样品300测量介电常数时被封闭在介质材料测量件100与短路校准件200连接的内部，此时试验样品300的介电常数的测量结果较为准确，但试验样品300被处理后的形状包括但不限于圆形，只要保证试验样品300的两侧分别与介质材料测量件100、短路校准件200抵接，同时试验样品300被封闭在介质材料测量件100与短路校准件200连接的内部，试验样品300可依据需要加工成不同形状。

如图5、图6及图7所示，实现上述校准方法的短路校准件200包括短路板230、第二外导体220及第二内导体210，第二外导体220与第二内导体210均与短路板230连接，并位于短路板230的同一侧，第二内导体210为圆柱体，第二外导体220为套设于第二内导体210外的圆形套管，第二内导体210与第二外导体220同轴设置，第二外导体220和/或第二内导体210远离短路板230的一端均与介质材料测量件100配合连接，第二内导体210的轴向长度L大于或等于0。上述短路校准件200利用第二外导体220、第二内导体210与介质材料测量件100配合，同时第二内导体210与第二外导体220之间的距离保持不变，上述短路校准件200通过第二外导体220、第二内导体210与介质材料测量件100配合，形成回路，可测得与短路校准件200对应的测量电路输入端的反射系数，再通过处理上述反射系数得到介质材料测量件100的网络参数，此时得到的网络参数为介质材料测量件100为介质材料测量件100在当前环境下的网络参数，由于介质材料测量件100的网络参数会随着试验环境而发生变化，相比于介质材料测量件100的理论网络参数，在后续对介质材料的介电常数进行测量时，利用上述网络参数可得出更精确的介质材料的介电常数。

在本实施例中，当短路校准件200用于对介质材料测量件100校准时，短路板230与第二外导体220、第二内导体210短路连接，因此短路板230也为导体，根据具体试验要求可使用金属导体等。

在本实施例中，短路校准件200a、200b及200c的第二内导体210与第二外导体320的轴向长度L相等，且短路校准件200a、200b及200c的第二内导体210的轴向长度L依次增加，第二内导体210与第二外导体220的轴向长度相等使短路校准件200校准介质材料测量件100的网络参数更准确。

在本实施例中，用于与介质材料测量件100配合夹持试验样品300的短路校准件200，其第二内导体210与第二外导体220的轴向长度均为0，此时短路校准件200的短路板230与介质材料测量件100配合夹持试验样品，相对于轴向长度大于0的短路校准件200，轴向长度为0的短路校准件200配合介质材料测量件100测得的试验样品300的反射系数较准确，在后续计算中能得到更精确的试验样品300的介电常数，但也可将轴向长度大于0的短路校准件200与介质材料测量件100配合测量试验样品300的反射系数，并利用多个轴向长度L不同但均大于0的短路校准件200与介质材料测量件100配合测量试验样品300的反射系数，通过对不同轴向长度的短路校准件200测得的试验样品300的反射系数进行处理，得到更准确的试验样品300的反射系数。

第二内导体210包括第二固定部及第二抵设部，第二固定部与第二抵设部均为圆柱体，第二固定部设有与第二抵设部配合的配合槽，第二抵设部部分伸入配合槽，第二抵设部套设有弹簧，弹簧的一端与第二抵设部连接，弹簧的另一端与配合槽的内壁连接。第二抵设部相对第二固定部可动，且第二抵设部沿配合槽滑动，当对介质材料测量件100进行校准操作时，第二抵设部相对第二固定可动，可确保第二抵设部抵设于介质材料测量件100的第一内导体110时，第二外导体220的端面也能与介质材料测量件100的第一外导体120的端面连接，使短路校准件200能对介质材料测量装置进行校准操作，当第二抵设部抵设于试验样品300的表面时，根据试验样品300的厚薄，第二抵设部可调整其与第二固定部的位置，保证第二抵设部能与介质材料测量件100配合夹紧试验样品300，使介质材料测量件100对试验样品300的介电常数的测量更准确。

如图8及图9所示，介质材料测量装置包括介质材料测量件100及上述短路校准件200，介质材料测量件100包括第一内导体110与第一外导体120，第一外导体120套设于第一内导体110外，第一外导体120与第一内导体110连接，第一内导体110与第一外导体120的一端用于与测量电路连接，若试验样品300尺寸大于介质材料测量件100第一外导体120的内径，第一内导体110与第一外导体120另一端的端面均用于抵设试验样品300；若试验样品300尺寸小于介质材料测量件100第一外导体120的内径，第一内导体110另一端的端面用于抵接试验样品300，第一外导体120套设于试验样品300，第一外导体120靠近试验样品300的端面与第二外导体220配合连接，第一内导体110靠近试验样品300的一端与第二内导体210配合夹持试验样品300。上述介质材料测量装置，先将第一内导体110与第一外导体120的一端与测量电路电性连接，当试验样品300尺寸大于第一外导体120的内径时，可直接将第一外导体120与第一内导体110的一端均抵设于试验样品300表面；若试验样品300的尺寸小于第一外导体120的内径时，第一内导体110与第二内导体210分别抵设于试验样品300的两端，第一外导体120套设于试验样品300，同时第一外导体120与第二外导体220连接，上述介质材料测量装置可根据试验样品300的不同尺寸确定试验样品300与介质材料测量件100的不同连接方式，实现在不对试验样品300进行破坏性处理的基础上，对介质材料的介电常数进行测量，因此可适用于不同的介质材料，因此适用性较好。

如图8所示，第一内导体110包括第一固定部111及第一抵接部112，第一外导体120与第一固定部111连接，第一固定部111与第一抵接部112通过弹性件连接，第一固定部111为前粗后细的阶梯轴，第一抵接部112设有与第一固定部111的粗端配合的第一限位槽112a，第一限位槽112a的底面设有与第一固定部111的细端配合的第二限位槽112b，第一限位槽112a的内径大于第二限位槽112b的内径，弹性件的一端设于第一限位槽112a与第二限位槽112b的连接处，弹性件的另一端设于第一固定部111的轴肩处，第一抵接部112远离第一固定部111的一端的端面用于抵设试验样品300表面。第一抵接部112相对第一固定部111可动，且移动方向与第一固定部111沿第一限位槽112a、第二限位槽112b滑动的方向一致，因此第一抵设部相对第一固定部111可动使介质材料测量件100与短路校准件200连接时，可确保第一内导体110与第二内导体210连接，第一外导体120与第二外导体220也同时连接，此时介质材料测量件100与短路校准件200的连接可形成回路，通过测量电路输入端的反射系数来得到介质材料测量件100的网络参数，而利用介质材料测量件100对试验样品300的介电常数进行测量时，第一内导体110与第二内导体210配合夹持试验样品300，此时第一内导体110可根据试验样品300的厚薄自动调整位置，同时由于第一固定部111沿第一限位槽112a、第二限位槽112b滑动，夹持试验样品300时第一内导体110与第一外导体120之间的距离保持不变，不会改变介质材料测量件100的电容等参数，在夹持试验样品300的同时，使第一外导体120与第二外导体220同时连接，保证介质材料测量件100、试验样品300与短路校准件200的连接能够形成回路，通过测得数据得到试验样品300的介电常数。

在本实施例中，弹性件为弹簧，弹簧套设于第一固定部111，弹簧的一端抵在第一固定部111粗端与细端连接的轴肩处。

如图8所示，第一抵接部112为圆柱体，第一抵接部112的外径与第二内导体210的直径相等，第一外导体120为圆形套筒，第一外导体120与第二外导体220的内径相等，第一内导体110与第一外导体120同轴设置。第一内导体110与第一外导体120同轴设置，同时第一外导体120为圆形套筒，第一内导体110为圆柱体，可确保第一内导体110的表面与第一外导体120的内壁之前的距离相等，形成稳定的电容结构，同时第一抵设部的外径与第二内导体210的直径相同，第一外导体120与第二外导体220的内径相等，使校准介质材料测量件100与测量试验样品300的介电常数时，得到的试验数据受短路校准件200及介质材料测量件100结构的影响较小，更易得出准确的试验数据。

在本实施例中，介质材料测量件100的第一内导体110包括第一固定部111及第一抵设部，第一固定部111相对第一抵设部可动，且移动方向与第一固定部111沿第一限位槽112a、第二限位槽112b滑动的方向一致，第二内导体210为实心圆柱体，但第二内导体210也可包括第二固定部与第二抵设部，第二固定部与短路板230连接，第二抵设部相对于第二固定部可动连接，同时第二抵设部沿自身轴线方向运动，可根据试验样品300的厚薄调整其与第一内导体110之间的连接。

如图8所示，在本实施例中，第二外导体220的外缘设有延伸部221，延伸部221向远离短路板230的方向延伸，第一外导体120靠近试验样品300的一端的外表面设有外螺纹，延伸部221设有与外螺纹配合的内螺纹，第一外导体120与第二外导体220通过螺纹配合连接。第一外导体120的外螺纹与第二外导体220的内螺纹配合连接时，第一外导体120与第二外导体220的端面接触，第一内导体110与第二内导体210的端面接触或分别夹持试验样品300的两个侧面，使测量电路可测得试验数据，用于求出介质材料测量件100的网络参数或介质材料的介电常数。此外介质材料测量件100与短路校准件200还可通过其他方式连接，例如介质材料测量件100外表面上设有凹槽，短路校准件200的外表面上设有与凹槽配合的固定扣，固定扣可扣入凹槽中，使介质材料测量件100与短路校准件200连接并扣紧

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种介质材料测量件的校准方法，其特征在于，包括以下步骤：

将介质材料测量件的一端分别与至少三个短路校准件连接，至少三个短路校准件的轴向长度均不相同，将介质材料测量件的另一端接入测量电路，得到与每个短路校准件分别对应的测量电路输入端的反射系数S_mi(i＝1～N，N≥3)；

将至少三个短路校准件分别对应的反射系数G_i(i＝1～N，N≥3)与至少三个所述短路校准件分别对应的测量电路输入端的反射系数S_mi(i＝1～N，N≥3)联合建立方程组，得到：

S_mi＝S₁+S_cG_i/(1-S₂G_i),(i＝1～N，N≥3)；

将所述方程组中的任意三个方程组合求解，得到相应的网络参数S_1t、S_2t及S_ct(N≥3)，则所述方程组可得到组介质材料测量件的网络参数：

$\left(\begin{array}{c}{S}_{11},S_{12},S_{c1}\\ S_{12},S_{22},S_{c2}\\ \mathrm{...}\\ S_{1T},S_{2T},S_{3T}\end{array}\right),(T=C_N^3,N\≥3);$

利用最小二乘法处理上述网络参数的矩阵，得到介质材料测量件的网络参数S₁、S₂及S_c。

2.根据权利要求1所述的介质材料测量件的校准方法，其特征在于，

所述短路校准件为三个，将介质材料测量件的一端分别与三个所述短路校准件连接，将介质材料测量件的另一端接入测量电路，得到三个所述短路校准件分别对应的测量电路输入端的反射系数S_m1、S_m2及S_m3；

将三个所述短路校准件分别对应的反射系数G₁、G₂及G₃与三个所述短路校准件分别对应的测量电路输入端的反射系数S_m1、S_m2及S_m3联合建立方程组，得到：

S_m1＝S₁+S_cG₁/(1-S₂G₁)，

S_m2＝S₁+S_cG₂/(1-S₂G₂)，

S_m3＝S₁+S_cG₃/(1-S₂G₃)；

求解上述方程组，

S₁＝t₁/t₂,

S₂＝t₃/t₄,

S_c＝t₅/t₆,其中，

t₁＝(G₁-G₂)(G₁-G₃)(G₂-G₃)(S_m1-S_m2)(S_m1-S_m3)(S_m2-S_m3)，

t₂＝(G₂G₃)(S_m2-S_m3)+G₁(G₂(S_m1-S_m2)+G₃(S_m3-S_m1)))²，

t₃＝G₁G₃S_m1S_m2+G₂G₃S_m1S_m2+G₁G₂S_m1S_m3-G₂G₃S_m1S_m3

-G₁G₂S_m2S_m3+G₁G₃S_m2S_m3，

t₄＝G₁G₂S_m1-G₁G₃S_m1-G₁G₂S_m2+G₂G₃S_m2+G₁G₃S_m3-G₂G₃S_m3，

t₅＝G₂S_m1-G₃S_m1-G₁S_m2+G₃S_m2+G₁S_m3-G₂S_m3，

t₆＝G₁G₂S_m1-G₁G₃S_m1-G₁G₂S_m2+G₂G₃S_m3+G₁G₃S_m3-G₂G₃S_m3，

得到介质材料测量件的网络参数S₁、S₂及S_c。

3.一种介质材料测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

利用如权利要求1-2任一项所述介质材料测量件的校准方法对介质材料测量件进行校准，得到所述介质材料测量件的网络参数S₁、S₂及S_c；

将介质材料测量件的一端连接试验样品，将介质材料测量件的另一端接入测量电路，得到与试验样品对应的测量电路输入端的反射系数S_dut，根据微波网络理论，试验样品的反射系数G_dut为：

G_dut＝(S₁-S_dut)/(S₁S₂-S_c-S₂S_dut)；

根据测量电路、介质材料测量件及试验样品依次连接后的等效电路与微波网络理论，得到所述等效电路中的等效导纳y＝y(ω,ε_r)引起的反射系数G_y为

G_y＝(1-y)/(1+y)，其中

y＝y(ω,ε_r)＝G₀Z₀ε_r ^5/2+jωZ₀(ε_rC₀+C_f)；

利用G_y与y的关系制作G_y与ε_r的数据库，令G_y＝G_dut，与G_y对应的ε_r值为试验样品的介电常数。

4.根据权利要求3所述的介质材料测量方法，其特征在于，将介质材料测量件的一端连接试验样品，将介质材料测量件的另一端接入测量电路，具体包括以下步骤：

若试验样品尺寸小于介质材料测量件第一外导体的内径，将介质材料测量件的第一外导体与短路校准件的第二外导体连接，介质材料测量件的第一内导体、短路校准件的第二内导体分别抵设于试验样品的两个侧面；若试验样品尺寸大于介质材料测量件第一外导体的内径，将介质材料测量件的第一内导体与第一外导体均抵设于试验样品的同一侧面，将介质材料测量件远离试验样品的一端接入测量电路。

5.一种实现如权利要求1-2任一项所述校准方法的短路校准件，其特征在于，所述短路校准件包括短路板、第二外导体及第二内导体，所述第二外导体与所述第二内导体均与所述短路板连接，并位于所述短路板的同一侧，所述第二内导体为圆柱体，所述第二外导体为套设于所述第二内导体外的圆形套管，所述第二内导体与所述第二外导体同轴设置，所述第二外导体和/或所述第二内导体远离所述短路板的一端与介质材料测量件配合连接，所述第二内导体的轴向长度大于或等于0。

6.根据权利要求5所述的短路校准件，其特征在于，所述第二内导体包括第二固定部及第二抵设部，所述第二固定部与所述第二抵设部均为圆柱体，所述第二固定部设有与所述第二抵设部配合的配合槽，所述第二抵设部部分伸入所述配合槽，所述第二抵设部套设有弹簧，所述弹簧的一端与所述第二抵设部连接，所述弹簧的另一端与所述配合槽的内壁连接。

7.一种介质材料测量装置，其特征在于，包括介质材料测量件及如权利要求5-6任一项所述的短路校准件，所述介质材料测量件包括第一内导体与第一外导体，所述第一外导体套设于所述第一内导体外，所述第一外导体与所述第一内导体连接，所述第一内导体与所述第一外导体的一端用于与测量电路连接，若试验样品尺寸大于所述介质材料测量件第一外导体的内径，所述第一内导体与所述第一外导体另一端的端面均用于抵设试验样品；若试验样品尺寸小于介质材料测量件第一外导体的内径，所述第一内导体另一端的端面用于抵接试验样品，所述第一外导体套设于所述试验样品，所述第一外导体靠近所述试验样品的端面与所述第二外导体配合连接，所述第一内导体靠近所述试验样品的一端与所述第二内导体配合夹持所述试验样品。

8.根据权利要求7所述的介质材料测量装置，其特征在于，所述第一内导体包括第一固定部及第一抵接部，所述第一外导体与所述第一固定部连接，所述第一固定部与所述第一抵接部通过弹性件连接，所述第一固定部为前粗后细的阶梯轴，所述第一抵接部设有与所述第一固定部的粗端配合的第一限位槽，所述第一限位槽的底面设有与所述第一固定部的细端配合的第二限位槽，第一限位槽的内径大于所述第二限位槽的内径，所述弹性件的一端设于所述第一限位槽与所述第二限位槽的连接处，所述弹性件的另一端设于所述第一固定部的轴肩处，所述第一抵接部远离所述第一固定部的一端的端面用于抵设所述试验样品表面。

9.根据权利要求8所述的介质材料测量装置，其特征在于，所述第一抵接部为圆柱体，所述第一抵接部的外径与所述第二内导体的直径相等，所述第一外导体为圆形套筒，所述第一外导体与所述第二外导体的内径相等，所述第一内导体与所述第一外导体同轴设置。

10.根据权利要求9所述的介质材料测量装置，其特征在于，所述第二外导体的外缘设有延伸部，所述延伸部向远离所述短路板的方向延伸，所述第一外导体靠近所述试验样品的一端的外表面设有外螺纹，所述延伸部设有与所述外螺纹配合的内螺纹，所述第一外导体与所述第二外导体通过螺纹配合连接。