CN114062790B - 压缩状态下材料的宽频带电磁参数测量装置及测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种压缩状态下材料的宽频带电磁参数测量装置，包括第一同轴外导管、第二同轴外导管和内导体；第一同轴外导管的内径和第二同轴外导管的内径相同，且第一同轴外导管与第二同轴外导管的轴线重合；第一同轴外导管的管壁内，设有第一介质管；第一介质管侧面紧贴第一同轴外导管内壁；第一介质管一端直接接触第一同轴连接管；第二同轴外导管的管壁内，设有第二介质管；第二介质管侧面紧贴第二同轴外导管内壁；第二介质管一端直接接触第二同轴连接管；在第一介质管与第二介质管间形成压缩测试区；内导体两端分别设置在第一同轴连接管和第二同轴连接管内，且依次穿过第一介质管、压缩测试区和第二介质管。
Description
技术领域
本发明涉及电磁参数测量技术领域，特别涉及一种压缩状态下材料的宽频带电磁参数测量装置。
背景技术
随着材料科学的发展，各种新型材料层出不穷，其中不乏压缩状态与自然状态电磁特性不同的材料，如导电衬垫等，这对材料的电磁参数测量技术提出了挑战。
目前，材料的电磁参数测量方法有空气同轴线法、平行板电容器法以及谐振腔等方法。
空气同轴线可以在很宽的频带内对材料的电磁参数进行测量，但其无法测量压缩状态下材料的电磁参数；
平行板电容器法以及谐振腔测量方法的测量频带均较窄，且目前均没有用于测量材料压缩状态下电磁参数的案例与方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题：本发明的目的是为了解决现有技术中的不足，提供一种压缩状态下测试材料的宽频带电磁参数测量装置及测量方法。
本发明的技术方案：本发明所述的一种压缩状态下材料的宽频带电磁参数测量装置，包括第一同轴外导管、第二同轴外导管和内导体；所述第一同轴外导管的内径和所述第二同轴外导管的内径相同，且所述第一同轴外导管与所述第二同轴外导管的轴线重合；
所述第一同轴外导管的管壁内，设有第一介质管；所述第一介质管侧面紧贴所述第一同轴外导管内壁；所述第一介质管一端直接接触所述第一同轴连接管；
所述第二同轴外导管的管壁内，设有第二介质管；所述第二介质管侧面紧贴所述第二同轴外导管内壁；所述第二介质管一端直接接触所述第二同轴连接管；
所述第一同轴外导管一端与所述第二同轴外导管一端可拆卸连接；所述第一同轴外导管另一端连接第一同轴连接管；所述第二同轴外导管另一端连接第二同轴连接管；在所述第一介质管与所述第二介质管间形成压缩测试区；
所述内导体两端分别设置在所述第一同轴连接管和第二同轴连接管内，且依次穿过第一介质管、压缩测试区和第二介质管。
进一步的，所述第一同轴外导管包括第一对接面和设置在所述第一同轴外导管内，匹配第一同轴连接管的第一螺纹段；所述第一螺纹段内径大于所述第一同轴外导管的内径；所述第一螺纹段与所述第一同轴外导管的内径交汇处设有第一限位台阶；
所述第一同轴连接管外圆面一端设有匹配所述第一螺纹段的第一对接段；所述第一同轴连接管内壁设有第一套管；所述第一套管与所述第一同轴连接管的管口齐平；所述第一限位台阶与所述第一套管存在接触面，对所述第一套管起限位作用。
进一步的，所述第二同轴外导管包括第二对接面和设置在所述第二同轴外导管内，匹配第二同轴连接管的第二螺纹段；所述第二螺纹段内径大于所述第二同轴外导管的内径；所述第二螺纹段与所述第二同轴外导管的内径交汇处设有第二限位台阶；
所述第二同轴连接管外圆面一端设有匹配所述第二螺纹段的第二对接段；所述第二同轴连接管内壁设有第二套管；所述第二套管与所述第二同轴连接管的管口齐平；所述第二限位台阶与所述第二套管存在接触面，对所述第二套管起限位作用。
进一步的，所述第一同轴外导管右侧法兰上设有通孔，所述第二同轴外导管左侧法兰上匹配所述通孔的螺纹孔，第一定位螺杆和第二定位螺杆穿过所述通孔，旋接所述螺纹孔，对所述第一同轴外导管和第二同轴外导管进行定位。
进一步的，所述压缩测试区内设有管型待测物；所述管型待测物外管和内管尺寸与所述第一介质管相同。
进一步的，第一介质管和第二介质管采用高硬度的、电磁参数已知的材料。
本发明还公开了一种压缩状态下材料的宽频带电磁参数测量装置的测试方法，采用本发明的压缩状态下材料的宽频带电磁参数测量装置，包括如下步骤：
步骤一、对矢量网络分析仪进行全二端口校准；
步骤二、将被测材料装入宽频带电磁参数测量装置内，固定第一同轴外导管和第二同轴外导管，使被测材料达到设定的压缩量；
步骤三、将第一同轴连接管和第二同轴连接管分别通过同轴线缆连接至矢量网络分析仪的两个端口，分别测量反射系数和传输系数的参数，此时测得的参数参考面为第一同轴连接管尾端和第二同轴连接管尾端；
步骤四、对第三步测得的参数进行相位延伸，分别将第一同轴连接管端口和第二同轴连接管端口的参考面延伸至被测材料两端；
步骤五、根据相位延伸后的和参数，利用Nicholon-Ro-Weir法对被测材料的电磁参数进行求解。
本发明与现有技术相比的有益效果：
1.设有第一同轴外导管和第二同轴外导管，通过设置在其内壁的第一介质管和第二介质管完成对待测物的定量压缩及测量；在测量时，定位螺杆保证了第一同轴外导体和第二同轴外导体在压紧连接时不发生相对转动，有效的杜绝了在装夹时被测材料端面与介质管的摩擦问题，减小了测量误差。
2.外导管与连接管间设计了不同尺寸的孔径以形成台阶面，为介质管提供有效支撑及定位。
3.利用高硬度的介质管对被测材料的定量压缩并测量，可通过更换不同长度的介质管实现对测量材料的不同定量压缩，操作方便。
附图说明
图1为本发明中宽频带电磁参数测量装置的整体结构示意图；
图2为本发明中宽频带电磁参数测量装置的连接示意图；
图3为本发明中基于本宽频带电磁参数测量装置的测量方法的测试布置示意图。
具体实施方式
为了加深本发明的理解，下面我们将结合附图对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
如图1-2所示，本发明包括第一同轴外导管2、第二同轴外导管5和内导体8；第一同轴外导管2的内径和第二同轴外导管5的内径相同，且第一同轴外导管2与第二同轴外导管5的轴线重合；
第一同轴外导管2的管壁内，设有第一介质管9；第一介质管9侧面紧贴第一同轴外导管2内壁；第一介质管9一端直接接触第一同轴连接管1；第一同轴外导管2包括第一对接面21和设置在第一同轴外导管2内，匹配第一同轴连接管1的第一螺纹段22；第一螺纹段22内径大于第一同轴外导管2的内径；第一螺纹段22与第一同轴外导管2的内径交汇处设有第一限位台阶23；
第一同轴连接管1外圆面一端设有匹配第一螺纹段22的第一对接段1-1；第一同轴连接管1内壁设有第一套管7；第一套管7与第一同轴连接管1的管口齐平；第一限位台阶23与第一套管7存在接触面，对第一套管7起限位作用。
第二同轴外导管5的管壁内，设有第二介质管12；第二介质管12侧面紧贴第二同轴外导管5内壁；第二介质管12一端直接接触第二同轴连接管6；
第二同轴外导管5包括第二对接面51和设置在第二同轴外导管5内，匹配第二同轴连接管6的第二螺纹段52；第二螺纹段52内径大于第二同轴外导管5的内径；第二螺纹段52与第二同轴外导管5的内径交汇处设有第二限位台阶53；
第二同轴连接管6外圆面一端设有匹配第二螺纹段52的第二对接段6-1；第二同轴连接管6内壁设有第二套管13；第二套管13与第二同轴连接管6的管口齐平；第二限位台阶53与第二套管13存在接触面，对第二套管13起限位作用。第一介质管9和第二介质管12采用高硬度的、电磁参数已知的材料。
第一同轴外导管2一端与第二同轴外导管5一端可拆卸连接；第一同轴外导管2另一端连接第一同轴连接管1；第二同轴外导管5另一端连接第二同轴连接管6；在第一介质管9与第二介质管12间形成压缩测试区11；压缩测试区11内设有管型待测物；管型待测物外管和内管尺寸与第一介质管9相同。
内导体8两端分别设置在第一同轴连接管1和第二同轴连接管6内，且依次穿过第一介质管9、压缩测试区11和第二介质管12。第一同轴外导管2右侧法兰上设有两个通孔，第二同轴外导管5左侧法兰上设有两个螺纹孔，第一定位螺杆3和第二定位螺杆10通过这四个孔对第一同轴外导管2和第二同轴外导管5进行定位；第一同轴外导管2和第二同轴外导管5在第一定位螺杆3和第二定位螺杆5的定位下，通过法兰4连接，具体连接形式为螺纹连接。
其中，第一同轴连接管1和第二同轴连接管6为N型同轴连接器；第一介质管9、第二介质管12和压缩测试区11的总厚度应通过计算确定，防止在测量带宽内产生“厚度谐振”；第一同轴外导体2和第二同轴外导体5的中心孔均由两段组成，第一段为螺纹孔，第二段为光滑圆孔，光滑圆孔孔径小于螺纹孔小径，但大于第一套筒7和第二套筒13的外径，且螺纹孔和光滑圆孔的交接处形成光滑的台阶，用于第一介质管9和第二介质管12的限位；
如图3所示，本发明还包括基于本宽频带电磁参数测量装置的测量方法，包括如下步骤：
步骤一、对矢量网络分析仪91进行全二端口校准；
步骤二、将被测材料装入宽频带电磁参数测量装置内，固定第一同轴外导管2和第二同轴外导管5，使被测材料达到设定的压缩量；
步骤三、将第一同轴连接管1和第二同轴连接管6分别通过同轴线缆92连接至矢量网络分析仪91的两个端口，分别测量反射系数S11和传输系数S21的参数，此时测得的S参数参考面为第一同轴连接管1尾端和第二同轴连接管6尾端；即图1中的面1及面6；
步骤四、对第三步测得的S参数进行相位延伸，分别将第一同轴连接管1端口和第二同轴连接管6端口的参考面延伸至被测材料两端；即图1中的面3及面4；
步骤五、根据相位延伸后的S11和S21参数，利用Nicholson-Ross-Weir法对被测材料的电磁参数进行求解。
上述具体实施方式，仅为说明本发明的技术构思和结构特征，目的在于让熟悉此项技术的相关人士能够据以实施，但以上内容并不限制本发明的保护范围，凡是依据本发明的精神实质所作的任何等效变化或修饰，均应落入本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种压缩状态下材料的宽频带电磁参数测量装置，其特征在于：包括第一同轴外导管（2）、第二同轴外导管（5）和内导体（8）；所述第一同轴外导管（2）的内径和所述第二同轴外导管（5）的内径相同，且所述第一同轴外导管（2）与所述第二同轴外导管（5）的轴线重合；
所述第一同轴外导管（2）的管壁内，设有第一介质管（9）；所述第一介质管（9）侧面紧贴所述第一同轴外导管（2）内壁；所述第一介质管（9）一端直接接触所述第一同轴连接管（1）；
所述第二同轴外导管（5）的管壁内，设有第二介质管（12）；所述第二介质管（12）侧面紧贴所述第二同轴外导管（5）内壁；所述第二介质管（12）一端直接接触所述第二同轴连接管（6）；
所述第一同轴外导管（2）一端与所述第二同轴外导管（5）一端可拆卸连接；所述第一同轴外导管（2）另一端连接第一同轴连接管（1）；所述第二同轴外导管（5）另一端连接第二同轴连接管（6）；在所述第一介质管（9）与所述第二介质管（12）间形成压缩测试区（11）；
所述内导体（8）两端分别设置在所述第一同轴连接管（1）和第二同轴连接管（6）内，且依次穿过第一介质管（9）、压缩测试区（11）和第二介质管（12）；
所述第一同轴外导管（2）包括第一对接面（21）和设置在所述第一同轴外导管（2）内，匹配第一同轴连接管（1）的第一螺纹段（22）；所述第一螺纹段（22）内径大于所述第一同轴外导管（2）的内径；所述第一螺纹段（22）与所述第一同轴外导管（2）的内径交汇处设有第一限位台阶（23）；
所述第一同轴连接管（1）外圆面一端设有匹配所述第一螺纹段（22）的第一对接段（1-1）；所述第一同轴连接管（1）内壁设有第一套管（7）；所述第一套管（7）与所述第一同轴连接管（1）的管口齐平；所述第一限位台阶（23）与所述第一套管（7）存在接触面，对所述第一套管（7）起限位作用；
所述第二同轴外导管（5）包括第二对接面（51）和设置在所述第二同轴外导管（5）内，匹配第二同轴连接管（6）的第二螺纹段（52）；所述第二螺纹段（52）内径大于所述第二同轴外导管（5）的内径；所述第二螺纹段（52）与所述第二同轴外导管（5）的内径交汇处设有第二限位台阶（53）；
所述第二同轴连接管（6）外圆面一端设有匹配所述第二螺纹段（52）的第二对接段（6-1）；所述第二同轴连接管（6）内壁设有第二套管（13）；所述第二套管（13）与所述第二同轴连接管（6）的管口齐平；所述第二限位台阶（53）与所述第二套管（13）存在接触面，对所述第二套管（13）起限位作用。
2.根据权利要求1所述的压缩状态下材料的宽频带电磁参数测量装置，其特征在于：所述第一同轴外导管（2）右侧法兰上设有通孔，所述第二同轴外导管（5）左侧法兰上匹配所述通孔的螺纹孔，第一定位螺杆（3）和第二定位螺杆（10）穿过所述通孔，旋接所述螺纹孔，对所述第一同轴外导管（2）和第二同轴外导管（5）进行定位。
3.根据权利要求1所述的压缩状态下材料的宽频带电磁参数测量装置，其特征在于：所述压缩测试区（11）内设有管型待测物；所述管型待测物外管和内管尺寸与所述第一介质管（9）相同。
4.根据权利要求1所述的压缩状态下材料的宽频带电磁参数测量装置，其特征在于：第一介质管（9）和第二介质管（12）采用高硬度的、电磁参数已知的材料。
5.一种压缩状态下材料的宽频带电磁参数的测量方法，其特征在于：包括如权利要求1-4中任一所述的宽频带电磁参数测量装置，还包括如下步骤：
步骤一、对矢量网络分析仪进行全二端口校准；
步骤二、将被测材料装入宽频带电磁参数测量装置内，固定第一同轴外导管（2）和第二同轴外导管（5），使被测材料达到设定的压缩量；
步骤三、将第一同轴连接管（1）和第二同轴连接管（6）分别通过同轴线缆连接至矢量网络分析仪的两个端口，分别测量反射系数S11和传输系数S21的参数，此时测得的S参数参考面为第一同轴连接管（1）尾端和第二同轴连接管（6）尾端；
步骤四、对第三步测得的S参数进行相位延伸，分别将第一同轴连接管（1）端口和第二同轴连接管（6）端口的参考面延伸至被测材料两端；
步骤五、根据相位延伸后的S11和S21参数，利用Nicholson-Ross-Weir法对被测材料的电磁参数进行求解。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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