CN111610385B - 电性参数量测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电性参数量测系统,包括电磁波收发装置及判断装置。电磁波收发装置包括讯号收发单元、发射单元及接收单元。讯号收发单元输出射频测试讯号,发射单元电连接讯号收发单元以接收射频测试讯号并据以转换成实质地是均匀平面波的测试电磁波,且发射单元朝向待测材料辐射测试电磁波,讯号收发单元更电连接接收单元,讯号收发单元更通过接收单元接收测试电磁波穿透待测材料后的部分。判断装置电连接讯号收发单元,并根据测试电磁波穿透待测材料后的部分去建构量测辐射场型,且利用量测辐射场型与参考辐射场型的差异去判断待测材料工作于射频频率时的一组量测电性参数。相较传统技术,本发明利用测试电磁波量测待测材料的电性参数,实现快速便利的特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种系统,具体地,涉及一种电性参数量测系统。
后台技术
平行板电容法为最早测量材料介电常数的方法,藉由将待测材料置入平行板内,量测其电容值的改变量,再依几何形状得出其相对介电数值,此法可简便地提供准确的介电常数。
平行板电容法的缺点是:当频率大于1GHz之后其时变场的频率变化过快导致其误差会逐渐增大,不符合现今高频通讯的需求。
另一种共振腔量测法主要是将待测材料置入原先设计好的共振腔体内,藉由量测有无材料时,在腔体内部共振频率的改变量求得材料的介电常数。由于材料的形状并不一定皆能刚好符合腔体的大小,故其空气孔隙常成为误差的来源。也由于选定的模态关系,常会由于不均匀的材料表面而激发出别的模态的波,产生误差。对于那些不能填满腔体的材料,对于其大小和摆放位置,常见的解决方法为腔体微扰法,藉由在选定的模态下得出和材料及腔体几何形状 有关的常数值,再由共振频率的改变量及质量因子求得介电常数及介电损耗。
这种共振腔量测法的缺点在于:必须将待测材料精确地做成特定的几何形状,造成实际应用的不便,且由于腔体的关系,通常只能获得在选定的某单一操作频率下材料的电性参数。
发明内容
本发明的第一至第四较佳实施例分别公开一种电性参数量测系统,可以解决传统技术实际应用不便的问题。
本发明电性参数量测系统的第一较佳实施例适用于量测待测材料的电性参数,第一较佳实施例包括电磁波收发装置及判断装置。
电磁波收发装置包括讯号收发单元、发射单元及接收单元。讯号收发单元输出射频测试讯号,发射单元电连接讯号收发单元以接收射频测试讯号并据以转换成实质地是均匀平面波的测试电磁波,且发射单元朝向待测材料辐射测试电磁波,讯号收发单元更电连接接收单元,讯号收发单元更通过接收单元接收测试电磁波穿透待测材料后的部分。
判断装置电连接讯号收发单元,并根据测试电磁波穿透待测材料后的部分去建构量测辐射场型,且利用量测辐射场型与参考辐射场型的差异去判断待测材料工作于射频频率时的一组量测电性参数。
优选地,参考辐射场型是当发射单元及接收单元之间为自由空间时判断装置根据接收单元所接收到的测试电磁波的部分去建构出来的,并且,这组量测电性参数包括待测材料工作于射频频率时的介电常数及介电损耗,判断装置利用量测辐射场型与参考辐射场型的指向性差异去判断介电常数,及利用量测辐射场型与参考辐射场型的增益差异去判断介电损耗。
优选地,第一较佳实施例更包括电波暗室,且电磁波收发装置是设置于电波暗室中,且电波暗室及电磁波收发装置组成缩距场(Compact Antenna Test Ranges,CATR)天线量测系统。
优选地,讯号收发单元包括向量网络分析仪,发射单元包括抛物面天线,抛物面天线包括射频讯号发射器及凹面镜,且凹面镜反射出测试电磁波,接收单元包括喇叭天线,喇叭天线接收测试电磁波穿透待测材料后的部分。
本发明电性参数量测系统的第二较佳实施例与第一较佳实施例近似,主要的差异在于:第二较佳实施例的电波暗室及电磁波收发装置组成远场天线量测系统。发射单元包括电连接到向量网络分析仪的发射天线,接收单元包括电连接到向量网络分析仪的接收天线,且发射天线发射测试电磁波,发射天线到待测材料之间的距离为远场,因此测试电磁波从发射天线辐射出到达待测材料时可实质地视为均匀平面波,并且,接收天线到待测材料之间的最短距离大于测试电磁波在自由空间中的一个共振波长。
本发明的电性参数量测系统的第三较佳实施例适用于量测待测材料的电性参数,该第三较佳实施例包括电磁波收发装置及判断装置。
电磁波收发装置包括讯号收发单元、发射单元及接收单元。
讯号收发单元输出射频测试讯号,发射单元电连接讯号收发单元以接收射频测试讯号并据以转换成实质地是均匀平面波的测试电磁波,且发射单元朝向待测材料辐射测试电磁波,讯号收发单元更电连接接收单元,讯号收发单元更透过接收单元接收测试电磁波穿透待测材料后的部分。
判断装置电连接讯号收发单元,并根据测试电磁波穿透待测材料后的部分去建构量测辐射场型,且判断装置更预先储存多数个已知材料工作于射频频率时,这 些已知材料所分别对应的多组已知电性参数及多个已知辐射场型,且每一组已知电性参数对应这 些已知辐射场型的其中一个,判断装置更利用量测辐射场型与这 些已知辐射场型的差异,及利用这 些已知电性参数去判断待测材料工作于射频频率时的一组量测电性参数。
优选地,每一组已知电性参数包括已知介电常数及已知介电损耗,判断装置利用量测辐射场型与多个已知辐射场型的指向性差异去判断待测材料工作于射频频率时的介电常数,及利用量测辐射场型与多个已知辐射场型的增益差异去判断待测材料工作于射频频率时的介电损耗。
优选地,第三较佳实施例还包括电波暗室,且电磁波收发装置是设置于电波暗室中,电波暗室及电磁波收发装置组成缩距场天线量测系统。讯号收发单元包括向量网络分析仪,发射单元包括抛物面天线,抛物面天线包括射频讯号发射器及凹面镜,且凹面镜反射出测试电磁波,接收单元包括喇叭天线,喇叭天线接收测试电磁波穿透待测材料后的部分。
本发明的电性参数量测系统的第四较佳实施例适用于量测待测材料的电性参数,第四较佳实施例包括电磁波收发装置及判断装置。电磁波收发装置包括讯号收发单元、发射单元及接收单元。
讯号收发单元输出射频测试讯号,发射单元电连接讯号收发单元以接收射频测试讯号并据以转换成实质地是均匀平面波的测试电磁波,且发射单元朝向待测材料辐射测试电磁波,讯号收发单元更电连接接收单元,讯号收发单元更透过接收单元接收测试电磁波穿透待测材料后的部分,并量测测试电磁波穿透待测材料后的一个偏移频率。
判断装置电连接讯号收发单元,并根据发射单元所辐射出的测试电磁波的初始频率与偏移频率之间的差异去判断待测材料工作于射频频率时的介电常数。
本发明之效果在于:这些较佳实施例利用测试电磁波穿透待测材料来量测待测材料的介电常数及介电损耗,因此得以解决传统技术所述必须把待测材料制造成特定形状的缺点。
附图说明
图1是一示意图,说明本发明电性参数量测系统的第一较佳实施例及第三较佳实施例。
图2是本发明第二较佳实施例及第四较佳实施例的示意图。
具体实施方式
参阅图1,本发明一种电性参数量测系统适用于量测待测材料1的电性参数,电性参数量测系统的第一较佳实施例包括电波暗室2、电磁波收发装置3及判断装置4。
电波暗室2及电磁波收发装置3组成缩距场天线量测系统,电磁波收发装置3是设置于电波暗室2中,并包括讯号收发单元5、发射单元6及接收单元7。
讯号收发单元5输出射频测试讯号,讯号收发单元5包括向量网络分析仪51,向量网络分析仪51输出射频测试讯号。
发射单元6电连接讯号收发单元5以接收射频测试讯号并据以转换成实质地是均匀平面波的测试电磁波,且发射单元6朝向待测材料1辐射测试电磁波,讯号收发单元5更电连接接收单元7,讯号收发单元5更通过接收单元7接收测试电磁波穿透待测材料1后的部分。
于本实施例中,发射单元6包括抛物面天线61,抛物面天线61包括一个以喇叭天线的方式实施的射频讯号发射器611,及凹面镜612,且凹面镜 612用以反射出测试电磁波;接收单元7是喇叭天线,用以接收测试电磁波穿透待测材料1后的部分。
判断装置4电连接讯号收发单元5,并根据测试电磁波穿透待测材料1 后的部分去建构量测辐射场型,且利用量测辐射场型与参考辐射场型的差异去判断待测材料1工作于射频频率时的一组量测电性参数。
更详细地说明,参考辐射场型是当发射单元6及接收单7元之间为自由空间时,判断装置4根据接收单元7所接收到的测试电磁波的部分去建构出来的,并且,该组量测电性参数包括待测材料1工作于射频频率时的介电常数及介电损耗,判断装置4利用量测辐射场型与参考辐射场型的指向性差异去判断介电常数,及利用量测辐射场型与参考辐射场型的增益差异去判断介电损耗。
补充说明,当量测辐射场型与参考辐射场型的指向性角度差异越大时,待测材料1工作于射频频率时的介电常数就越大;当量测辐射场型与参考辐射场型的增益差异越大时,待测材料1工作于射频频率时的介电损耗就越大。
参阅图2,本发明的第二较佳实施例与第一较佳实施例近似,主要的差异在于:第二较佳实施例的电波暗室2及电磁波收发装置3组成远场天线量测系统。发射单元6包括电连接到向量网络分析仪51的发射天线62,接收单元7包括电连接到向量网络分析仪51的接收天线71,且发射天线62发射测试电磁波,发射天线62到待测材料1之间的距离为远场,因此测试电磁波从发射天线62辐射出到达待测材料1时可实质地视为均匀平面波,并且,接收天线71到待测材料1之间的最短距离大于测试电磁波在自由空间中的一个共振波长。
再参阅图1,本发明的第三较佳实施例与该第一较佳实施例近似,主要的差异在于:第三较佳实施例的判断装置4更预先储存多数个已知材料(图未示出)工作于射频频率时,这多数个已知材料所分别对应的多组已知电性参数及多个已知辐射场型,且每一组已知电性参数对应这多数个已知辐射场型的其中一个,判断装置4更利用量测辐射场型与这些已知辐射场型的差异,及利用这些已知电性参数去判断待测材料1工作于射频频率时的一组量测电性参数。与第一较佳实施例近似的,第三较佳实施例中的每一组已知电性参数同样包括一个已知介电常数及一个已知介电损耗,不同的地方在于:第三较佳实施例中的判断装置4利用量测辐射场型与多个已知辐射场型的指向性差异去判断待测材料1工作于射频频率时的介电常数,及利用量测辐射场型与多个已知辐射场型的增益差异去判断待测材料1工作于射频频率时的介电损耗。
举例说明,当量测辐射场型的增益与这些已知辐射场型的增益的其中一个最近似时,则待测材料1的介电损耗就最接近这个已知辐射场型所对应的这种已知材料的介电损耗,并且,在进行介电损耗的比对时,判断装置4是先判断出待测材料1的介电常数后,再将待测材料1的量测辐射场型的增益与介电常数实质地相同但介电损耗不同的这多数个已知辐射场型的增益做比对,进而挑出增益最接近的其中一个已知材料,则这个被挑出的已知材料的介电损耗就是最接近待测材料1的介电损耗,因此得知待测材料1的介电损耗。
此外,第三较佳实施例的电波暗室1及电磁波收发装置3可以组成如图 1所示的缩距场天线量测系统,或是如图2所示的远场天线量测系统。
再参阅图2,本发明的第四较佳实施例与该第一较佳实施例近似,主要的差异在于:第四较佳实施例的讯号收发单元5更量测测试电磁波穿透待测材料1后的偏移频率;判断装置4电连接讯号收发单元5,并根据发射单元6 所辐射出的测试电磁波的初始频率与偏移频率的差异去判断待测材料1工作于射频频率时的介电常数。
举例说明,当待测材料1是例如保丽龙这类介电常数近似于自由空间的材料时,偏移频率就会实质地等于发射单元6辐射出的测试电磁波的初始频率,相对地,若待测材料1的介电常数越高,则偏移频率的数值就会越小,所以在实际应用上只需要拿数个已知材料(介电常数不同、介电损耗近似)去测试量得多数个偏移频率,再将待测材料1以相同的方法量得偏移频率,并将待测材料1的偏移频率和这些已知材料的偏移频率做比对,就能以例如内插法之类的数值方式估算出待测材料1的介电常数。
综上所述,上述较佳实施例具有以下优点∶
(1)、于第一至第三较佳实施例中,电磁波收发装置3对待测材料1发射测试电磁波,判断装置4利用测试电磁波穿透待测材料1之后产生的量测辐射场型的指向性差异及增益差异分别去判断待测材料1的介电常数及介电损耗。
(2)、第四较佳实施例采用与前述第一至第三较佳实施例近似的架构,但判断装置4是根据测试电磁波的初始频率与偏移频率两者之间的频率差异去判断待测材料1工作于射频频率时的介电常数。
综上(1)、(2)点所述,本发明的这些实施例可以不用将待测材料1制造成特定形状,因此可解决传统技术的问题。
以上所述仅为本发明的实施例,其并非用以局限本发明的专利范围。
附图标记
1:待测材料
2:电波暗室
3:电磁波收发装置
4:判断装置
5:讯号收发单元
51:向量网络分析仪
6:发射单元
61:抛物面天线
611:射频讯号发射器
612:凹面镜
62:发射天线
7:接收单元
71:接收天线
Claims (5)
1.一种电性参数量测系统,适用于量测一待测材料的电性参数,该电性参数量测系统包括:
一电磁波收发装置,包括一讯号收发单元、一发射单元及一接收单元,该讯号收发单元输出一射频测试讯号,该发射单元电连接该讯号收发单元以接收该射频测试讯号并据以转换成一实质地是均匀平面波的测试电磁波,且该发射单元朝向该待测材料辐射该测试电磁波,该讯号收发单元更电连接该接收单元,该讯号收发单元更通过该接收单元接收该测试电磁波穿透该待测材料后的部分;及
一判断装置,电连接该讯号收发单元,并根据该测试电磁波穿透该待测材料后的部分去建构一量测辐射场型,且利用该量测辐射场型与一参考辐射场型的差异去判断该待测材料工作于一射频频率时的一组量测电性参数,
该参考辐射场型是当该发射单元及该接收单元之间为自由空间时,该判断装置根据该接收单元所接收到的该测试电磁波的部分去建构出来的,并且,该组量测电性参数包括该待测材料工作于该射频频率时的一介电常数(Dielectric Constant,Dk)及一介电损耗(Dissipation loss tangent,Df),该判断装置利用该量测辐射场型与该参考辐射场型的指向性差异去判断该介电常数,及利用该量测辐射场型与该参考辐射场型的增益差异去判断该介电损耗。
2.如权利要求1所述的电性参数量测系统,其特征在于,该电性参数量测系统更包括一电波暗室,且该电磁波收发装置是设置于该电波暗室中,且该电波暗室及该电磁波收发装置组成一缩距场(Compact Antenna Test Ranges,CATR)天线量测系统。
3.如权利要求2所述的电性参数量测系统,其特征在于,该讯号收发单元包括一向量网络分析仪,该发射单元包括一抛物面天线,该抛物面天线包括一射频讯号发射器及一凹面镜,且该凹面镜反射出该测试电磁波,该接收单元包括一喇叭天线,该喇叭天线接收该测试电磁波穿透该待测材料后的部分。
4.如权利要求1所述的电性参数量测系统,其特征在于,该讯号收发单元包括一向量网络分析仪,该发射单元包括一电连接到该向量网络分析仪的发射天线,该接收单元包括一电连接到该向量网络分析仪的接收天线,且该发射天线发射该测试电磁波,该发射天线到该待测材料之间的距离为远场。
5.如权利要求1所述的电性参数量测系统,其特征在于,该讯号收发单元包括一向量网络分析仪,该发射单元包括一电连接到该向量网络分析仪的发射天线,该接收单元包括一电连接到该向量网络分析仪的接收天线,且该发射天线发射该测试电磁波,该接收天线到该待测材料之间的最短距离大于该测试电磁波在自由空间中的一个共振波长。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |