基于LabWindows／CVI介质复介电常数的测量系统设计

1．3 计算模块
该测试系统采用的是利用微扰法对介质介电常数进行测量，该方法具有测量简便，所需样品少，精度高等优点。根据微扰理论，有：

式中：εr'和εr分别为介电常数ε的实部和虚部；f0为谐振腔谐振频率；△f为微扰后的频偏；Q0和Qs分别为微扰前后的品质因数；σ为电导率；介质杆的体积Vs远远小于腔体的体积V0。
根据以上理论，该测量系统的计算过程分为Q值计算、相对介电常数计算、损耗角正切计算三部分。对于给定的测量系统，计算精度主要取决于测量腔体的尺寸误差。由于加工精度的限制，实际加工的腔体与设计的腔体在尺寸上存在差别。在软件上，由于腔体Q值及其读数分辨率的影响，使f0和微扰后频率fs的测量出现误差，也即给△f带来了误差。

2 测量结果
在常温条件下，对实验室的一些样品测量结果如表1所示(参考值指文献[10]中的值)。

从表中可以看出，测出的结果基本与标称值吻合。

3 误差分析
该测量系统的误差主要分为两部分：校准系统的误差和测试系统的误差。
校准系统的误差主要来自于以下几个方面：校准波导的反射没有被考虑；虽然校准波导的反射很小，但是反射的部分会在校准过程中加入到附加网络中去，而这部分误差在测量反射参数时会产生影响，尤其当被测件的反射比较小时；波导校准和测量过程中，为了操作方便，同时也为了保护仪器，在每次连接波导时，总是将同轴波导转换从同轴电缆上取下，这就会造成每次重新连接时，存在一定的复位误差。
测试系统的误差主要体现在测量腔体的尺寸误差和读数分辨率的影响。另外，不能完全满足微扰条件而带来的非线性问题也是误差的一个主要来源。

4 结语
该测试系统完成了利用微扰法对介质介电常数的自动测试，校准测试速度快，具有可扩展性，二次开发性强。同时，该自动测试的设计原理及技术能方便地运用于其他测试项目，解决手动测试中存在的问题，极大地提高了测试的质量和效率。