基于近场微波扫描测量材料介电常数的测量方法研究

发布时间：2025-01-11 01:02

　　近场微波扫描显微技术被用于探测癌细胞、样品表面形貌成像、测量材料的电参数等方面。它的优势在于可以突破衍射极限,超越光学显微镜的分辨率。近场微波扫描显微技术实现的过程是:利用电磁波与物质材料进行相互作用,通过测量近场内微弱的信号来反推出被测量的物质材料的本质特性,通过扫描技术可以得到物质材料每个扫描点的信息。容易发现的是:近场微波扫描显微技术的核心是探针与样品之间的相互作用关系。本文主要研究的就是近场区域内探针与样品的相互作用的关系。第一个研究点是探针发射的电磁波与样品相互作用形成的场的分布情况,第二个研究点是如何将微弱的近场信号转化为可直观测量的量以及测量原理。本文从微波探针尖端所形成的近场出发,利用准静态理论,将探针针尖等效成一个带电势的金属微球,微球的半径是针尖的曲率半径。利用电磁场理论中的像电荷法,通过球面镜像法与介质平面镜像法推导出了符合近场物理模型的球面与介质平面相互作用时的电场分布。理论推导出探针发射的电磁场与样品相互作用的数学模型。其次是验证理论模型的正确性。验证主要分为两部分内容,第一部分是:用MATLAB对理论推导的数学模型进行计算并成像,第二部分是:用有限元法(电磁场...

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【部分图文】：

图2.1点电荷与导体球的相互作用示意图

西安电子科技大学硕士学位论文16图2.1点电荷与导体球的相互作用示意图点电荷q会在导体球表面产生感应电荷，感应电荷的分布与大小都是未知的，这时可以用在导体球内的像电荷q来代替感应电荷，设像电荷q在导体球中心与点电荷q的连线上，用下图来等效这种情况。图2.2点电荷....

图2.2点电荷在导体球上生成像电荷示意图

时可以用在导体球内的像电荷q来代替感应电荷，设像电荷q在导体球中心与点电荷q的连线上，用下图来等效这种情况。图2.2点电荷在导体球上生成像电荷示意图导体球外任意一点的电位是由电荷q与像电荷q叠加产生的，这时导体球的分界面可以看做已经不存在。即0102qq....

图2.3点电荷与介质平面相互作用的示意图

西安电子科技大学硕士学位论文18图2.3点电荷与介质平面相互作用的示意图带电量为q的点电荷在介质ε2中，会产生感应电荷q（或极化电荷），这里，为了用像电荷法求感应电荷，将左侧z<0介电常数ε2换成ε1，在z>0的区域内，产生的电势是由点电荷q与感应电荷q共同....

图2.4在右侧介质内点电荷与感应电荷共同作用产生电势的等效示意图

在z>0的区域内，产生的电势是由点电荷q与感应电荷q共同叠加产生的。用下图来等效图2.4在右侧介质内点电荷与感应电荷共同作用产生电势的等效示意图这样在z>0的区域内，任意一点的电位是21211qq'φ4πrr（）(2-23)在z<0的区域内....

本文编号：4025698