一种基于人工磁导体矩形波导的材料电磁参数测试方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于人工磁导体矩形波导的材料电磁参数测试方法，属于材料电 磁参数测试方法技术领域。
【背景技术】
[0002] 材料的电磁参数测试方法主要有同轴探头法、传输线法、自由空间法、谐振腔法、 平行板和电感测试法等。每一种方法都有它的优势和缺点。在众多的测试方法中，传输线法 是将待测材料样品置于空气传输线（矩形波导或者同轴线）中，通过使用矢量网络分析仪 (VNA)或者多端口技术测试该传输线的散射参数（S参数），再根据散射方程推算出待测介 质传输线段的传输系数T和反射系数r，最后计算出材料的相对复介电常数\和相对磁 导率1^。传输线法因为具有操作简单、测试速度快、测试频带宽、无辐射损耗及测试精度较 高等优点而得到广泛应用，是目前各种材料微波电磁参数测试方法中研宄的最多的一种。
[0003] 作为单导体的金属波导，它的宽边和窄边都是金属导体，其内部无法传输横电磁 (TEM)波，只能传输横电（TE)波或横磁（TM)波。矩形波导具有截止频率，即当电磁波频 率低于波导的截止频率时，电磁波就不能在波导中传输了。波导的截止频率由波导的尺寸 决定，尺寸越大截止频率越低。正因为这个原因，当工作频率较低时，波导的尺寸将比较大。 这是使用金属矩形波导测试材料电磁参数的最主要缺点之一。
[0004] 近几年来，人工磁导体（ArtificialMagneticConductor，AMC)是微波毫米波领 域研宄的热点之一。人工磁导体是超材料的一种，通过合理的设计可以实现某一频点对垂 直入射平面波的同相位反射特性。利用这一个特性可以改变已有的微波器件的设计思路和 方法，从而得到一些具有特殊性能的器件和结构。目前对AMC的应用主要集中在天线的应 用，如用来设计天线地板，能有效地降低天线的剖面，并对天线性能加以改善，如提高增益、 改善S参数、实现多频工作等，而在微波器件上的应用较少。本发明将利用人工磁材料设计 矩形波导，并把它用于材料电磁参数的测试，以克服现有的传输线法测试材料电磁参数的 部分缺点。
【发明内容】
[0005] 为了克服现有技术的不足，本发明提出一种基于人工磁导体矩形波导的材料电 磁参数测试方法。
[0006] 一种基于人工磁导体矩形波导的材料电磁参数测试方法，含有以下步骤；
[0007] 首先利用矢量网络分析仪测试放置有待测介质材料的基于人工磁导体的矩形波 导两个输入（输出）端口的S参数，包括第一反射特性Sn和第二反射特性S22，第一传输 特性S12和第二传输特性S21;然后利用以下公式计算材料的相对介电常数和相对磁导率：
【主权项】
1. 一种基于人工磁导体矩形波导的材料电磁参数测试方法，其特征在 于含有W下步骤； 将有待测介质材料的基于人工磁导体放置矢量网络分析仪，测试取得基于人工磁导体 的矩形波导两个输入（输出）端口的S参数，包括第一反射特性Sii和第二反射特性S22， 第一传输特性S。和第二传输特性S21; 然后利用W下公式计算材料的相对介电常数和相对磁导率：
其中，Ef是被测试材料的相对介电常数，是被测试材料的相对磁导率；丫。是频率 为《的电磁波在自由空间中传播时的传播常数，丫是频率为《的电磁波在测试材料中传 播时的传播常数；r是波导端口的反射系数，T是波导端口的传输系数； e。是自由空间介电常数，y。是自由空间磁导率； 第一反射特性Sii为第二端口匹配时，第一端口的反射系数； 第一传输特性Si2为第一端口匹配时，从第二端口到第一端口的传输系数； 第二传输特性S21为第二端口匹配时，从第一端口到第二端口的传输系数； 第二反射特性S22为第一端口匹配时；第二端口的反射系数。
2. 根据权利要求1所述的方法使用的测试系统，其特征在于包含一个基于人工磁导体 的矩形波导、两根同轴传输线、两个同轴波导转换器、一台矢量网络分析仪和被测试的介质 材料。
3. 根据权利要求1所述的方法使用的基于人工磁导体的矩形波导，其特征在于：是由 相互平行的第一宽边电导体平面和第二宽边电导体平面，相互平行的第一窄边人工磁导 体平面和第二窄边人工磁导体平面构成。电导体和人工磁导体相互垂直，构成矩形波导管 结构；矩形波导的两端与宽边电导体平面和窄边磁导体平面均垂直的端口面为第一输入 (输出）端口和第二输入（输出）端口，用于电磁波的输入和输出。
【专利摘要】一种基于人工磁导体矩形波导的材料电磁参数测试方法，属于材料电磁参数测试方法技术领域。将有待测介质材料的基于人工磁导体放置矢量网络分析仪，测试取得基于人工磁导体的矩形波导两个输入(输出)端口的S参数,包括第一反射特性S11和第二反射特性S22，第一传输特性S12和第二传输特性S21；利用以下公式计算材料的相对介电常数和相对磁导率；本发明中基于人工磁导体的矩形波导可以传输频率低至直流的电磁波，把它用于材料电磁参数的测试时具有至少两个优点，第一是可以在很宽的频率范围内得到材料的电磁参数，第二是可以大大缩小被测试材料的体积。
【IPC分类】G01R27-26
【公开号】CN104849570
【申请号】CN201510274712
【发明人】郭庆新, 逯贵祯, 曾冬冬, 朴大志, 李增瑞
【申请人】中国传媒大学
【公开日】2015年8月19日
【申请日】2015年5月26日