本发明涉及材料测试技术领域，具体地说是一种测试透波材料介电常数的系统。
背景技术：
随着毫米波雷达在自动驾驶中的广泛运用，毫米波雷达天线罩材料的测试是研发毫米波雷达的前置要求。对于毫米波雷达天线罩透波材料的测试，其复介电常数的测量尤为重要。
目前，国内外可以用来测量微波介质材料的复介电常数的测试方法种类繁多，测试时根据待测材料的参数范围和测试频段的不同而有不同的方法。在微波和毫米波的频率范围内，根据测试原理的不同可以分为网络参数法和谐振法两大类。当前技术方案中两种方法各有其优缺点，网络参数法最大的优点就是能够实现连续扫频测试，理论上可以得到测试频率范围内每一个频率点的数据，同时能够实现高损耗材料的复介电常数及复磁导率测试，另外测试夹具加工相对简单，成本较低，缺点是对低损耗材料的损耗测量精度不高。而谐振法非常适合于低损耗材料复介电常数的测试，选用合适的腔体，只要品质因数足够高，测试结果就能很精确。但是其测试频率受到腔体谐振频率的限制，如果要实现宽频带的测试就要选用多模测试，并且相邻谐振模式间的频率间隔不能过大。
技术实现要素：
本发明的目的是在于克服现有技术中存在的不足，提供一种材料测试装置及测试透波材料介电常数的系统，能够通过在相同环境下，与空气腔的对比测试来测量透波材料的介电常数。
第一方面，本发明实施例提出一种材料测试装置，包括：两个波导安装件、一个套筒、两个屏蔽帽；
波导安装件包括波导柱体以及连在波导柱体一端的盖体；波导柱体与盖体中设有传输腔；波导柱体与套筒的内孔适配；
两个波导安装件的波导柱体分别从套筒的左右两端插入套筒的内孔中；套筒的中间留有空气腔；两个波导安装件的盖体分别与套筒的两端连接；波导安装件的盖体径向尺寸大于套筒内孔的径向尺寸；
套筒两端周面上设有外螺纹；屏蔽帽为一端具有内缩缘的筒体；屏蔽帽背离内缩缘的另一端设有内螺纹；两个屏蔽帽从套筒左右两端分别螺接在套筒上；屏蔽帽的内缩缘与波导安装件的盖体接触，并将盖体边沿完全压在屏蔽帽内；
两个波导安装件的盖体外端面用于分别与扩频发射模块的第一波导端和扩频接收模块的第二波导端对接。
进一步地，波导安装件的盖体内侧连有定位销，波导安装件通过定位销与套筒进行定位。
进一步地，波导安装件的盖体通过紧定螺钉连接套筒端面，通过调节紧定螺钉能够调节空气腔的厚度。
进一步地，波导柱体与盖体一体构造。
进一步地，波导安装件、套筒、屏蔽帽都采用金属件。
第二方面，本发明实施例提出一种测试透波材料介电常数的系统，包括：矢量网络分析仪、扩频发射模块、上述任一项所述的材料测试装置、扩频接收模块；
扩频发射模块的第一波导端和扩频接收模块的第二波导端分别与材料测试装置连接；扩频发射模块的尾端和扩频接收模块的尾端分别通过同轴电缆与矢量网络分析仪连接。
本发明的优点在于：
1）采用屏蔽腔形式，确保待测介质材料周围无其他物品产生不必要的反射及其衍射现象。
2）采用与空气腔的对比测试来测量透波材料的介电常数，相比传统网络参数法，在兼具宽带扫描测试能力的同时测量精度更高。
3）装配简单、材料可重复测试性好，对待测介质材料加工要求更简单。
附图说明
图1为本发明实施例中的测试透波材料介电常数的系统示意图。
图2为本发明实施例中的材料测试装置爆炸图。
图3a和图3b为本发明实施例中的波导安装件结构示意图。
图4为本发明实施例中的套筒结构示意图。
图5a和图5b为本发明实施例中的屏蔽帽结构示意图。
图6为本发明实施例中的空气腔中为空气介质的测试状态示意图。
图7为本发明实施例中的空气腔中为介质材料的测试状态示意图。
图8为本发明实施例中的测量过程流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提出一种测试透波材料介电常数的系统（以下简称测试系统），如图1所示，包括：矢量网络分析仪1、扩频发射模块2、材料测试装置3和扩频接收模块4；扩频发射模块2的第一波导端201和扩频接收模块4的第二波导端401分别与材料测试装置3连接；扩频发射模块2的尾端和扩频接收模块4的尾端分别通过同轴电缆与矢量网络分析仪1连接；
本申请的重点在于材料测试装置3的结构，矢量网络分析仪1、扩频发射模块2和扩频接收模块4仅作简单介绍；
矢量网络分析仪1由信号源、接收机和显示器组成；信号源经扩频发射模块2向材料测量装置3中发送一个单一频率信号，穿过材料测量装置3中的发射波信号经扩频接收模块4传输到接收机调谐到该频率并探测介质材料的发射波信号和反射波信号（从扩频发射模块2接收并发送给矢量网络分析仪1的接收机）；根据测得的响应可得出该频率上的幅度和相位数据，得到复反射系数和复散射参数网络特性的参量，再通过对比材料测量装置3加载待测介质材料前后空气腔的参数变化，完成待测介质材料的复介电常数和复磁导率计算测量；
如图2所示，所述材料测试装置3包括两个波导安装件302、一个套筒304、两个屏蔽帽306；波导安装件302如图3a、图3b所示，套筒304如图4所示，屏蔽帽306如图5a、图5b所示；波导安装件302、套筒304、屏蔽帽306都采用铝件加工而成；
波导安装件302包括波导柱体3021以及连在波导柱体3021一端的盖体3022；波导柱体3021与盖体3022可以一体构造；波导柱体3021与盖体3022中设有传输腔3023；波导柱体3021与套筒304的内孔3041适配；
两个波导安装件302的波导柱体3021分别从套筒304的左右两端插入套筒304的内孔3041中；套筒304的中间留有空气腔307；两个波导安装件302的盖体3022分别与套筒304的两端连接；波导安装件302的盖体3022径向尺寸大于套筒304内孔3041的径向尺寸；
本文中的“连接”的含义包括两个物体直接连接或两个物体通过第三个物体的间接连接；
在一些实施例中，波导安装件302的盖体3022内侧连有定位销303，波导安装件302通过定位销303与套筒304进行定位；
在一些实施例中，波导安装件302的盖体3022通过紧定螺钉305连接套筒30端面，通过调节紧定螺钉305，可以调节空气腔307厚度；
在图3a与图3b中，波导安装件302的盖体3022上，靠近边缘的四个孔中，两个孔为销钉孔，另两个孔为紧定螺钉孔，这四个孔用于盖体3022与套筒304的定位连接；靠近中间传输腔3023端口的四个孔中，两个孔为销钉孔，另两个孔为固定螺钉孔，这四个孔用于盖体3022与扩频发射模块2的第一波导端201或扩频接收模块4的第二波导端401的定位固定；
套筒304两端周面上设有外螺纹；屏蔽帽306为一端具有内缩缘3061的筒体；屏蔽帽306背离内缩缘3061的另一端设有内螺纹；两个屏蔽帽306从套筒304左右两端分别螺接在套筒304上；屏蔽帽306的内缩缘3061与波导安装件302的盖体3022接触，并将盖体3022边沿完全压在屏蔽帽306内，使得材料测试装置3内的屏蔽腔，即空气腔307与外界实现电磁屏蔽；当待测介质材料置于空气腔307中与外界隔离；空气腔厚度与待测介质材料的厚度一致；
两个波导安装件302的盖体3022外端面分别与扩频发射模块2的第一波导端201和扩频接收模块4的第二波导端401对接；可通过定位销和固定螺钉进行定位固定；
将套筒304一端的屏蔽帽306和波导安装件302卸下，可以将介质材料301置于套筒中的空气腔307中；然后再将材料测试装置3完成组装；
第一次、第三次测试状态如图6所示，第二次、第四次测试状态如图7所示；第一次、第三次测量为空气介质测量，第二次、第四次测量为介质材料测量，第一次测量空气腔与第二次测量介质材料物理尺寸相同且介质材料介电常数、磁导率参数已知，第三次测量空气腔与第四次测量介质材料物理尺寸相同；
介质材料301的厚度与空气腔厚度一致；测量过程如图7所示；
步骤s1：对材料测试装置3进行装配，将矢量网络分析仪1两端口分别与扩频发射模块2、扩频接收模块4连接，启动测试系统；
步骤s2：对矢量网络分析仪进行初始化和基本参数设置，包括起始频率、终止频率、点数以及校准类型设置；
步骤s3：对矢量网络分析仪进行测量校准，完成校准后，将扩频发射模块、扩频接收模块再分别连接材料测试装置3两端，进入测量阶段；
步骤s4：输入测量空气腔厚度，对空气腔两端口进行测量；
步骤s5：加载已知测量参数的介质材料，介质材料尺寸厚度与空气腔设置厚度相同，对已知测量参数的介质材料进行测量；
步骤s6：计算s4、s5两次不同介质材料（s4中视为空气介质）的测量结果，并通过两次测量对测试系统进行校验；
步骤s7：输入测量空气腔厚度，对空气腔两端口进行测量；
步骤s8：加载待测介质材料，介质材料尺寸厚度与空气腔设置厚度相同，对待测介质材料进行测量；
步骤s9：根据s7、s8两次不同介质材料（s7中视为空气介质）的测量结果，进行样品复介电常数和复磁导率分析计算，通过s6校验结果判断计算结果准确率；
步骤s10：对s9测量结果进行显示输出；
步骤s11：确认是否继续扫频测量测试材料其他频率下测量，如继续测量，进入步骤s2，如否，进入步骤s12终止测量。
测量的原理：在自由空间中正常传播tem波（横电磁波）入射到介质材料表面时，由于介质材料中的波阻抗与自由空间阻抗不等(更低)，因此会出现阻抗失配，产生反射波，同时，一部分能量会穿过介质材料形成发射波，波一旦进入介质材料后，波速会变得比光速慢，由于介质材料始终会产生某些损耗，波会出现衰减或插入损耗；本申请是将已知物理尺寸介质材料装入材料测试装置中，测试时将其视为双端口网络并测量两端口反射和传输响应变化，用仪器测量得到复反射系数和复散射参数等表征其网络特性的参量，然后利用相同状态下空气、已知测量参数介质材料的计算模型结合电磁场理论推算出待测介质材料的复介电常数和复磁导率。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
1.一种材料测试装置(3)，其特征在于，包括：两个波导安装件(302)、一个套筒(304)、两个屏蔽帽(306)；
波导安装件(302)包括波导柱体(3021)以及连在波导柱体(3021)一端的盖体(3022)；波导柱体(3021)与盖体(3022)中设有传输腔(3023)；波导柱体(3021)与套筒(304)的内孔(3041)适配；
两个波导安装件(302)的波导柱体(3021)分别从套筒(304)的左右两端插入套筒(304)的内孔(3041)中；套筒(304)的中间留有空气腔(307)；两个波导安装件(302)的盖体(3022)分别与套筒(304)的两端连接；波导安装件(302)的盖体(3022)径向尺寸大于套筒(304)内孔(3041)的径向尺寸；
套筒(304)两端周面上设有外螺纹；屏蔽帽(306)为一端具有内缩缘(3061)的筒体；屏蔽帽(306)背离内缩缘(3061)的另一端设有内螺纹；两个屏蔽帽(306)从套筒(304)左右两端分别螺接在套筒(304)上；屏蔽帽(306)的内缩缘(3061)与波导安装件(302)的盖体(3022)接触，并将盖体(3022)边沿完全压在屏蔽帽(306)内；
两个波导安装件(302)的盖体(3022)外端面用于分别与扩频发射模块(2)的第一波导端(201)和扩频接收模块(4)的第二波导端(401)对接。
2.如权利要求1所述的材料测试装置(3)，其特征在于，
波导安装件(302)的盖体(3022)内侧连有定位销(303)，波导安装件(302)通过定位销(303)与套筒(304)进行定位。
3.如权利要求1所述的材料测试装置(3)，其特征在于，
波导安装件(302)的盖体(3022)通过紧定螺钉(305)连接套筒(304)端面，通过调节紧定螺钉(305)能够调节空气腔(307)的厚度。
4.如权利要求1所述的材料测试装置(3)，其特征在于，
波导柱体(3021)与盖体(3022)一体构造。
5.如权利要求1所述的材料测试装置(3)，其特征在于，
波导安装件(302)、套筒(304)、屏蔽帽(306)都采用金属件。
6.一种测试透波材料介电常数的系统，其特征在于，包括：矢量网络分析仪(1)、扩频发射模块(2)、如权利要求1～5中任一项所述的材料测试装置(3)、扩频接收模块(4)；
扩频发射模块(2)的第一波导端(201)和扩频接收模块(4)的第二波导端(401)分别与材料测试装置(3)连接；扩频发射模块(2)的尾端和扩频接收模块(4)的尾端分别通过同轴电缆与矢量网络分析仪(1)连接。
技术总结