專利名稱：一種材料電磁參數(shù)測量系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測量系統(tǒng)，尤其涉及一種材料電磁參數(shù)測量系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的材料電磁參數(shù)測量系統(tǒng)是將材料放置于自由空間中，是一種非接觸和非破壞性的自由空間測試方法。它利用發(fā)射天線將電磁波輻射到自由空間，再利用接收天線接收并測量材料對所發(fā)射電磁波的反射和透射信號，最后通過S參數(shù)計(jì)算介質(zhì)材料的電磁參數(shù)。與其他測量方法相比，自由空間測量方法對測試材料樣品沒有非常嚴(yán)格的形狀和工藝要求，只需要測試材料厚度均勻且具有一定大的測試面積。自由空間測量方法還具有很高的靈活性，可以隨意改變?nèi)肷潆姶挪ǖ臉O化方向和入射角度，非常適宜于測量復(fù)合材料的電磁參數(shù)。
現(xiàn)有的材料電磁參數(shù)測量系統(tǒng)如圖I所示，其包括用作發(fā)射源和接收源的發(fā)射透鏡天線I和接收透鏡天線2。透鏡將電磁波匯聚于測試樣品3表面一定范圍內(nèi)，使透射到樣品表面的電磁波范圍變小，樣品的邊沿散射被抑制。然而透鏡天線成本昂貴，且測試樣品必須精確地放置于收發(fā)透鏡的幾何中心點(diǎn)，這影響了測試精度也增加了校準(zhǔn)操作難度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提出一種結(jié)構(gòu)簡單、成本較低且操作簡便的材料電磁參數(shù)測量系統(tǒng)。本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是，提出一種材料電磁參數(shù)測量系統(tǒng)，其包括發(fā)射天線、接收天線以及位于發(fā)射天線和接收天線之間的樣品支架，被測樣品設(shè)置于樣品支架上；所述樣品支架上除被測樣品所占表面外，其他表面均被吸波材料覆蓋。進(jìn)一步地，所述接收天線和發(fā)射天線同軸設(shè)置，所述被測樣品長度大致等于發(fā)射天線和接收天線口徑面直徑。進(jìn)一步地，所述吸波材料為吸波海綿。進(jìn)一步地，所述吸波材料包括基材以及周期排布于基材兩相對側(cè)表面的第一金屬微結(jié)構(gòu)和第二金屬微結(jié)構(gòu)，所述第一金屬微結(jié)構(gòu)包括相互垂直而連接成“十”字形的兩個(gè)第一金屬分支，分別連接在所述第一金屬分支兩端且垂直于所述第一金屬分支的第二金屬分支；所述第二金屬微結(jié)構(gòu)由一邊具有缺口的四邊形狀的第三金屬分支構(gòu)成。進(jìn)一步地，所述第一金屬微結(jié)構(gòu)的第二金屬分支中點(diǎn)分別設(shè)于其所連接的該第一金屬分支的端點(diǎn)，第二金屬微結(jié)構(gòu)由一邊中點(diǎn)具有缺口的正方形狀的第三金屬分支構(gòu)成。進(jìn)一步地，所述吸波材料包括基材以及周期排布于基材一側(cè)表面的第三金屬微結(jié)構(gòu)，所述第三金屬微結(jié)構(gòu)包括第一金屬分支，所述第一金屬分支構(gòu)成一邊具有缺口的四邊形狀；一端設(shè)于該缺口相對的四邊形邊上并向該缺口延伸且突出該缺口的第二金屬分支；垂直于所述第二金屬分支另一端的第三金屬分支。 進(jìn)一步地，所述第三金屬微結(jié)構(gòu)以第二金屬分支為對稱軸成左右對稱結(jié)構(gòu)。
進(jìn)一步地，所述基材為FR-4材料、鐵電材料、鐵氧材料或陶瓷材料。進(jìn)一步地，所述基材為FR-4材料、鐵電材料、鐵氧材料或陶瓷材料。進(jìn)一步地，所述第一金屬微結(jié)構(gòu)和第二金屬微結(jié)構(gòu)通過蝕刻、鉆刻、電子刻或離子刻附著于基材兩相對側(cè)表面上。本發(fā)明通過采樣樣品支架夾持樣品，并在樣品支架兩側(cè)設(shè)置吸波材料，使得本發(fā)明材料電磁參數(shù)測量系統(tǒng)無需采用昂貴的透鏡天線即可得到材料電磁參數(shù)。進(jìn)一步地，本發(fā)明材料電磁參數(shù)測量系統(tǒng)中的吸波材料為利用超材料原理設(shè)計(jì)的吸波材料，該吸波材料具有厚度較薄、吸波頻帶較寬且吸波性能較好的優(yōu)點(diǎn)。


圖I為現(xiàn)有的材料電磁參數(shù)測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明材料電磁參數(shù)測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖?！D3為本發(fā)明第一較佳實(shí)施例中附著于基材一側(cè)表面的第一金屬微結(jié)構(gòu)拓?fù)湫螤钍疽鈭D；圖4為本發(fā)明第一較佳實(shí)施例中附著于基材另一側(cè)表面的第二金屬微結(jié)構(gòu)拓?fù)湫螤钍疽鈭D；圖5為本發(fā)明第二較佳實(shí)施例中附著于基材上的第三金屬微結(jié)構(gòu)拓?fù)湫螤钍疽鈭D。
具體實(shí)施例方式請參照圖2，圖2為本發(fā)明材料電磁參數(shù)測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2中，本發(fā)明材料電磁參數(shù)測量系統(tǒng)包括發(fā)射天線10、接收天線20以及位于發(fā)射天線10和接收天線20之間的樣品支架30。被測樣品40設(shè)置于樣品支架30之上，所述樣品支架30上除被測樣品40所占表面外，其他表面均被吸波材料50覆蓋。進(jìn)一步地，接收天線20和發(fā)射天線10同軸設(shè)置，被測樣品40長度大致等于發(fā)射天線10和接收天線20 口徑面直徑。當(dāng)被測樣品40長度大于天線口徑面直徑時(shí)，被測樣品40大于天線口徑面的部分表面也被吸波材料50覆蓋。當(dāng)發(fā)射天線10發(fā)射電磁波時(shí)，樣品支架30上除被測樣品40表面外的其他表面的電磁波被吸波材料50吸收，降低了邊沿繞射和邊沿效應(yīng)，從而降低了背景噪音，提高了系統(tǒng)的測量動(dòng)態(tài)范圍。通過吸波材料50吸收多余的電磁波，無需利用透鏡將天線的電磁波精確的匯聚于被測樣品40表面，省去了昂貴的透鏡費(fèi)用也無需精確調(diào)試。為擴(kuò)寬本發(fā)明測量系統(tǒng)的使用范圍，使得本發(fā)明測量系統(tǒng)在較寬的頻率范圍內(nèi)均可以使用，須使得吸波材料50具有寬頻吸波效果。為達(dá)到該種效果，吸波材料50可以使用吸波海綿等材料作為吸波材料50。優(yōu)選地，本發(fā)明材料電磁參數(shù)測量系統(tǒng)中的吸波材料50為利用超材料原理制備的寬頻吸波超材料，該吸波超材料具有吸波頻段寬、厚度薄、占用面積小以及吸波效果好的性能。在本發(fā)明第一較佳實(shí)施例中，材料電磁參數(shù)測量系統(tǒng)中的吸波材料50包括基材以及周期排布于基材兩相對側(cè)表面的第一金屬微結(jié)構(gòu)100以及第二金屬微結(jié)構(gòu)200。第一金屬微結(jié)構(gòu)100的拓?fù)湫螤钍疽鈭D如圖3所示，第二金屬微結(jié)構(gòu)200的拓?fù)湫螤钍疽鈭D如圖4所示。第一金屬微結(jié)構(gòu)100包括相互垂直而連接成“十”字形的兩個(gè)第一金屬分支101，分別連接在每個(gè)第一金屬分支101兩端且垂直于第一金屬分支101的第二金屬分支102。第二金屬微結(jié)構(gòu)200包括第三金屬分支201，該第三金屬分支201構(gòu)成一邊具有缺口 2011的四邊形狀。該兩個(gè)金屬微結(jié)構(gòu)在基材兩相對側(cè)表面對應(yīng)。優(yōu)選地，第一金屬微結(jié)構(gòu)100的第二金屬分支102中點(diǎn)分別設(shè)于其所連接的該第一金屬分支101的端點(diǎn)，第二金屬微結(jié)構(gòu)200由一邊中點(diǎn)具有缺口 2011的正方形狀的第三金屬分支201構(gòu)成。當(dāng)發(fā)射天線10輻射的電磁波到達(dá)吸波材料時(shí)，第一金屬微結(jié)構(gòu)100的第二金屬分支102分別聚集正負(fù)電子形成等效容性元件。根據(jù)公式e =(CS)/(4 Jikd)可知，其中e為吸波材料相對介電常數(shù)、S為第二金屬分支面積、d為第二金屬分支間隔、k為常數(shù)、C為等效電容量，吸波材料的相對介電常數(shù)e可通過調(diào)整第二金屬分支102的面積S與第二金屬分支102的間距d來調(diào)整，第二金屬分支102的間距d即為第一金屬分支101的長度；第二金屬微結(jié)構(gòu)200的第三金屬分支201上形成環(huán)形電流，根據(jù)右手螺旋定則，環(huán)形電流產(chǎn)生磁場從而影響吸波材料的相對磁導(dǎo)率U。分別調(diào)節(jié)第一金屬微結(jié)構(gòu)100和第二金屬微結(jié)構(gòu) 200的金屬分支的尺寸和間隔即可調(diào)節(jié)金屬微結(jié)構(gòu)對入射電場和入射磁場的響應(yīng)從而調(diào)節(jié)吸波材料整體的相對介電常數(shù)e和相對磁導(dǎo)率U，使吸波材料具有良好的阻抗匹配特性和吸波特性。在本發(fā)明第二較佳實(shí)施例中，材料電磁參數(shù)測量系統(tǒng)中的吸波材料50包括基材以及周期排布于基材一側(cè)表面上的第三金屬微結(jié)構(gòu)300。第三金屬微結(jié)構(gòu)300拓?fù)湫螤畈灰鈭D如圖5所不。該第三金屬微結(jié)構(gòu)300包括第一金屬分支301,該第一金屬分支301構(gòu)成一邊具有缺口 3011的四邊形狀；一端設(shè)于缺口 3011相對的四邊形邊上并向缺口 3011延伸且突出缺口 3011的第二金屬分支302 ;垂直于第二金屬分支302另一端的第三金屬分支303。優(yōu)選地，金屬微結(jié)構(gòu)300以第二金屬分支302為對稱軸成左右對稱結(jié)構(gòu)。本較佳實(shí)施例中第三金屬微結(jié)構(gòu)300相當(dāng)于結(jié)合了第一較佳實(shí)施例中的第一金屬微結(jié)構(gòu)100和第二金屬微結(jié)構(gòu)200，其對發(fā)射天線10的電磁波的電磁響應(yīng)原理與第一較佳實(shí)施例相同，即相對的金屬分支等效為電容元件從而調(diào)整吸熱芯板的相對介電常數(shù)e，環(huán)形金屬分支上感生的電流根據(jù)右手螺旋定則感生磁場從而調(diào)整吸熱芯板的相對磁導(dǎo)率U。具體到本實(shí)施例可表現(xiàn)為金屬微結(jié)構(gòu)300拆分為呈“工”字形的第一部分以及呈一邊缺口的四邊形狀的第二部分，第一部分的金屬分支分別聚集正負(fù)電荷形成等效容性元件從而調(diào)整吸波材料的相對介電常數(shù)，第二部分的金屬分支形成環(huán)形電流并感生磁場從而調(diào)整吸波材料的相對磁導(dǎo)率。同時(shí)，由于本較佳實(shí)施例對金屬微結(jié)構(gòu)獨(dú)特的圖案設(shè)計(jì)使得基材上附著一面金屬微結(jié)構(gòu)即可滿足設(shè)計(jì)要求。在第一以及第二較佳實(shí)施例中，基材可選用FR-4材料、鐵電材料、鐵氧材料、陶瓷材料等。金屬微結(jié)構(gòu)可通過蝕刻、鉆刻、電子刻、離子刻等方式附著于基材之上。上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實(shí)施方式
，上述的具體實(shí)施方式
僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可做出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種材料電磁參數(shù)測量系統(tǒng)，其特征在于包括發(fā)射天線、接收天線以及位于發(fā)射天線和接收天線之間的樣品支架，被測樣品設(shè)置于樣品支架上；所述樣品支架上除被測樣品所占表面外，其他表面均被吸波材料覆蓋。
2.如權(quán)利要求I所述的測量系統(tǒng)，其特征在于所述接收天線和發(fā)射天線同軸設(shè)置，所述被測樣品長度大致等于發(fā)射天線和接收天線口徑面直徑。
3.如權(quán)利要求I或2所述的測量系統(tǒng)，其特征在于所述吸波材料為吸波海綿。
4.如權(quán)利要求I或2所述的測量系統(tǒng)，其特征在于所述吸波材料包括基材以及周期排布于基材兩相對側(cè)表面的第一金屬微結(jié)構(gòu)和第二金屬微結(jié)構(gòu)，所述第一金屬微結(jié)構(gòu)包括相互垂直而連接成“十”字形的兩個(gè)第一金屬分支，分別連接在所述第一金屬分支兩端且垂直于所述第一金屬分支的第二金屬分支；所述第二金屬微結(jié)構(gòu)由一邊具有缺口的四邊形狀的第三金屬分支構(gòu)成。
5.如權(quán)利要求4所述的測量系統(tǒng)，其特征在于所述第一金屬微結(jié)構(gòu)的第二金屬分支中點(diǎn)分別設(shè)于其所連接的該第一金屬分支的端點(diǎn)，第二金屬微結(jié)構(gòu)由一邊中點(diǎn)具有缺口的正方形狀的第三金屬分支構(gòu)成。
6.如權(quán)利要求I或2所述的測量系統(tǒng)，其特征在于所述吸波材料包括基材以及周期排布于基材一側(cè)表面的第三金屬微結(jié)構(gòu)，所述第三金屬微結(jié)構(gòu)包括第一金屬分支，所述第一金屬分支構(gòu)成一邊具有缺口的四邊形狀；一端設(shè)于該缺口相對的四邊形邊上并向該缺口延伸且突出該缺口的第二金屬分支；垂直于所述第二金屬分支另一端的第三金屬分支。
7.如權(quán)利要求6所述的測量系統(tǒng)，其特征在于所述第三金屬微結(jié)構(gòu)以第二金屬分支為對稱軸成左右對稱結(jié)構(gòu)。
8.如權(quán)利要求4所述的測量系統(tǒng)，其特征在于所述基材為FR-4材料、鐵電材料、鐵氧材料或陶瓷材料。
9.如權(quán)利要求6所述的測量系統(tǒng)，其特征在于所述基材為FR-4材料、鐵電材料、鐵氧材料或陶瓷材料。
10.如權(quán)利要求8所述的測量系統(tǒng)，其特征在于所述第一金屬微結(jié)構(gòu)和第二金屬微結(jié)構(gòu)通過蝕刻、鉆刻、電子刻或離子刻附著于基材兩相對側(cè)表面上。
全文摘要
本發(fā)明公開一種材料電磁參數(shù)測量系統(tǒng)，其包括發(fā)射天線、接收天線以及位于發(fā)射天線和接收天線之間的樣品支架，被測樣品設(shè)置于樣品支架上；所述樣品支架上除被測樣品所占表面外，其他表面均被吸波材料覆蓋。本發(fā)明通過采樣樣品支架夾持樣品，并在樣品支架兩側(cè)設(shè)置吸波材料，使得本發(fā)明材料電磁參數(shù)測量系統(tǒng)無需采用昂貴的透鏡天線即可得到材料電磁參數(shù)。進(jìn)一步地，本發(fā)明材料電磁參數(shù)測量系統(tǒng)中的吸波材料可選取市面上常用的吸波材料，例如吸波海綿等，也可以通過利用超材料原理設(shè)計(jì)該吸波材料，利用超材料原理設(shè)計(jì)的吸波材料具有厚度較薄、吸波頻帶較寬且吸波性能較好的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號G01N23/02GK102721711SQ201210175450
公開日2012年10月10日 申請日期2012年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月31日
發(fā)明者劉列, 劉若鵬, 繆錫根, 趙治亞 申請人:深圳光啟創(chuàng)新技術(shù)有限公司