具体实施方式

现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。

应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。

除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所属领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。

在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见得的。本申请说明书和实施例仅是示例性的。

关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。

本发明中所述的“份”如无特别说明，均按质量份计。

本发明提出了一种测量微米粉末复介电常数的方法，具体步骤包括，

S1.将测量装置与矢量网络分析仪连接，通过所述矢量网络分析仪产生的微波扫频信号获取S参数；S2.提取出传播常数；S3.对所述传播常数进行匹配，然后提取复介电常数，如图1所示。这种方法避免了目前其他微带结构的电介质表征方法的测量单元不连续性，可以实现微波宽频带下(50MHz-18GHz)测量微米粉末材料的介电常数，适用于非金属粉末、金属粉末以及金属氧化物粉末等不同性质的粉末材料，如碳化硅粉、三氧化二铝粉、铝粉以及不同材料的混合粉末，并且测量装置简单便携。

1.通过S参数的测量结果提取出传播常数γ；通过测量S参数来推导传播常数：γ*＝α+jβ，使用Bianco-Parodi方法，即基于对两个具有相同拓扑结构的微带线参数S的测量，并且两个微带线之间仅长度相差ΔL。这种提取传播常数γ的方法，需两条不同长度的均匀微带线L₁和L₂(L₁<L₂)，以及用于连接到矢量网络分析仪的两个相同的微波连接器(SMA)L_A、L_B，如图2所示。设S_ij,1和S_ij,2为两个“连接器-微带”的散射矩阵；S_ij,1和S_ij,2在末端P₁和P2之间测量；微带线的特性阻抗为50Ω，SMA连接器与微带线相连接方式处均相同。经公式推导，连接器与微带线附近产生的高阶模模是可以忽略的，在微带中传播的模式即是准TEM模式。由两个微带线测量出的S_ij,1和S_ij,2参数，可推导出在两个微带线相差部分ΔL＝L2-L2处的传播常数符合以下公式：

2.从传输常数匹配过程中提取复介电常数ε_r*；设想将待测材料(特别是粉末材料)的介电常数，被测材料将分别铺放在长度分别为L1和L2且特性阻抗相同的微带线上的样品架装置中，这样我们就可以提取粉末材料覆盖的ΔL处微带线上的传播常数γ*。经过仿真与实验，已经验证样品架装置在测量结构不连续的部分如l段的波传播可以忽略，并且传播常数与SMA接头参数也无关。因此，该提取粉末材料ΔL处微带线上的传播常数γ*的方法鲁棒性是非常好的，如图3所示。

3.接下来需要由传播常数来提取覆盖在ΔL段上粉末材料的复介电常数ε_r*。目前有两种方法可提取复介电常数：一是；将用两个微带线相差部分ΔL提取出来的传播常数γ^*，输入到电磁仿真软件当中去，利用电磁仿真软件的优化功能，设定传播常数目标值，去迭代寻找测试材料匹配的复介电常数，这种方法只能单频点匹配，耗时长。二是用谱域法(SDA)分析微带线传播参数提取复介电常数。基于SDA的数值模拟可以在直接空间的变换域中表示出电磁场连续条件，该变换域利用沿平行于金属导体界面的轴向电磁场的傅里叶级数分解，因此在界面具有不均匀性时，该方法也可以用数学模型描述界面的连续性条件。确定了被测材料所覆盖的ΔL的传播常数γ*后，为了提取在长度为ΔL的线段上覆盖材料的介电常数，可以使用电磁仿真软件，例如HFSS，CST Microwave Studio等软件，利用软件将传播常数输入到电磁仿真软件中，用软件优化匹配的功能提取介电常数，该方法需要在每个单频点上输入γ*值去寻找相匹配的材料的介电常数，一个频点计算需要半小时左右。其实我们只需要计算出沿着传播轴不变的结构(微带线)传播特性，因此，可以将计算结构限制在结构横截面的二维建模中。因此。我们可以使用基于谱域方法(SDA)的数学计算模型。此方法中，需要将空间傅立叶变换(αm，y，z)中在不同层之间的连续性方程建立数学模型，即用空间电磁场描述出图3不同区域谱域的二维模型，然后将不同区域间的连续性条件带入后，使用此方法可以将每个频率点的计算时间减少到几秒钟。考虑不同界面的所有连续性条件以及E场和H场的表达式，得到如下矩阵方程:

因此可以通过已知参数的基础上，该方法可将被测材料介电常数的实部和虚部作为可变参数。这样自动匹配得出对应匹配每个频点的的被测材料的介电常数，如图4所示。

(1)微带线加工尺寸

两条微带线的长度分别为L1＝101.5mm和L2＝76mm，衬底选取RT Duroid5880基板(εr'＝2.2，tanδ＝0.0009)，厚度为508μm，中心导体由铜制成，厚度＝17.5μm，宽度＝1.54mm。

微带线上需根据测量框架均匀钻4个安装孔，以便安装样品架，将SMA接头与微带线进行焊接连接。

(2)被测固体或粉末材料的测量框架

测量样品架(50*30*20mm³)由有机玻璃制成(壁厚＝5mm)。该尺寸是经过测试对测量结果没有影响的合理尺寸。

(3)测量前将矢量网络分析仪的Thru、Load、Reflect进行校准后，保证测试环境的温湿度，将测量装置连接到矢量网络分析仪,使用矢量网络分析仪产生的微波扫频信号将组装好的测试装置与适量网络分析仪进行S参数测量,将测得的S参数输入到计算机,利用上述方法计算出所测材料的复介电常数。

该方法目前已测试出宽频带(0.5-18GHz)下的以下固体和粉末材料的复介电常数：

固体材料：有机玻璃(厚度＝15mm)的复介电常数；

微米级粉末材料(Norton type F100HD)：SiC，Al2O3和Al，晶粒尺寸约为100μm，以及按不同比例混合的微米粉末材料的复节点常数。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。