基于LabWindows /CVI介質(zhì)復介電常數的測量系統設計

　　0 引 言

　　復介電常數是表征介質(zhì)材料電磁特性最重要的參量之一，為使其付諸使用，必須準確地知道介質(zhì)材料的復介電常數。本文介紹一套介質(zhì)復介電常數測量系統軟件，它主要依據矩形腔微擾法對介質(zhì)介電常數進(jìn)行測量。該方法是測量復介電常數的一種常用方法，其具有計算簡(jiǎn)便，所需樣品少，精度高等優(yōu)點(diǎn)。該測試系統采用基于 GPIB總線(xiàn)的虛擬儀器系統結構作為硬件平臺，其特點(diǎn)是系統中集成了帶有GPIB接口的實(shí)際測量?jì)x器，能夠保證系統具有很高的測量精度。軟件開(kāi)發(fā)平臺則采用圖形化軟件LabWindows／CVI，其優(yōu)點(diǎn)是集圖形化編程和文本語(yǔ)言編程于一體，其界面友好，操作簡(jiǎn)便，可大大縮短系統的開(kāi)發(fā)周期。

　　1 系統軟件結構

　　該測試系統采用LabWindows／CVI開(kāi)發(fā)環(huán)境，為使自動(dòng)測試軟件具有良好的儀器擴展性，便于升級，采用模塊化編程風(fēng)格，使功能程序與驅動(dòng)程序相對獨立。功能程序是一個(gè)包括多個(gè)子程序模塊的可執行文件，它通過(guò)調用儀器驅動(dòng)程序完成對儀器的控制，并協(xié)調儀器間的工作，以完成滿(mǎn)足標準要求的測試任務(wù)，同時(shí)提供與用戶(hù)交互的友好界面，完成數據處理。根據以上思路可得流程圖，如圖1所示。

　　首先，對測試系統進(jìn)行參數設置，主要包括測量頻段的選定、測量點(diǎn)數的設定、通道的選擇等。然后，通過(guò)GPIB-USB卡控制矢網(wǎng)測出空腔狀態(tài)下的諧振頻率 f0和品質(zhì)因素Q0，再加入樣品，測試負載時(shí)的諧振頻率fd和Qd，再利用這兩組數據，根據計算公式和樣品尺寸及腔體尺寸計算出相對介電常數和損耗正切角。

　　1．1 校準模塊

　　該校準模塊分為標準校準和非標準校準兩個(gè)部分。標準校準采用SLOT法，即短路器、開(kāi)路器、匹配負載及直通法。用戶(hù)只要根據軟件的提示在矢網(wǎng)的兩端口依次接人開(kāi)路器、短路器、匹配負載，最后直通，即可完成標準校準。非標準校準采用的是STL法，即短路板、精密波導、直通法。非標準校準后，可以保存校準文件，下次測量的時(shí)候，可以直接導人校準文件而不需要再進(jìn)行手動(dòng)校準。經(jīng)驗證，該校準基本可以達到要求。

　　1．2 矢網(wǎng)控制模塊

　　計算機與矢網(wǎng)分析儀連接主要有串口、并口、GPIB等方式。該軟件采用GPIB連接計算機和矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀，其優(yōu)點(diǎn)在于：結構、命令簡(jiǎn)單，有專(zhuān)為儀器控制設計的接口信號和牢固的接插件，其數據傳輸速率為1．5 Mb／s，完全可以滿(mǎn)足用戶(hù)的要求。使用時(shí)只需要安裝包含VISA庫函數的驅動(dòng)軟件即可以直接調用使用相對簡(jiǎn)單的VISA標準函數，再配合相應的指令即可控制儀器。目前，通過(guò)對HP8753ES網(wǎng)絡(luò )分析儀的控制，軟件運行良好，如圖2所示。