基于改进空间波法的现场介电常数测量研究
发布时间：2021-06-05 08:47
介质的介电常数为表征其电磁特性的基本参数,测量介电常数能够为电磁仿真预测和通信系统建模提供依据。本文以传统自由空间波法为基础,分别推导了在引入边缘绕射,非无穷厚墙角双层介质场景下介质介电常数的计算公式,并通过测量系统的散射参数验证了理论模型的准确性。论文首先简要介绍了自由空间波法的背景知识和测量原理,针对室内环境下的电磁场景,提出了两种模型:刃峰绕射模型和墙角双层介质模型。刃峰模型在自由空间波法传统的传输式测量法基础上,引入边缘绕射效应,解决了障碍物非无限大条件下的介电常数计算问题,增强了自由空间波法在室内环境中测量的实用性;墙角双层介质模型考虑建筑墙角多层介质的情况,拓展了自由空间波法在室内环境下测量的应用范围。本文建立并推导出了两种模型对应的介电常数反演公式,建立了对应的仿真模型,并设计搭建验证两种模型理论准确性的实验测量系统,进行了实地测量。实验过程中透镜天线、金属板定标、时域门限技术、TRL校准等技术的应用,提高了测量结果的准确性。本文针对上述两种模型还分析了理论计算结果和仿真、实地测量结果的误差原因,并且利用精确度较高的波导法测量了同样样品介质的介电常数进行对照。实验结果表明...
【文章来源】：北京邮电大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１损耗角正切矢量图??＂？
络的传输线法主要是通过测量电磁波打到介质表面时的反射系数来反演介电常??数。常见的单端口传输线法有三种：传输线段法、同轴线终端法和开口传输线终??端法［４０］。如图２．２是填充样品传输线段法的原理框图。??ｒ?Ａ｜?ｒ??５?５??ｒ?１?传输线??图２．２传输线段法??若传输系数用Ｔｓ表示，贝ＩＪ：??（ｉ－ｒ＾?（２－８）??ｌｓ?ｉ－ｒ２ｅ－２Ｗ?ｖ?７??其中，ｒ表示电磁波从空气射到样品表面时的反射系数，Ｙ为传播常数，ｚ是??样品的长度，此时的反射系数ｒ可以表示为：??ｒ?＝丨１－（争）２１；＿Ｍ争（２－９）??卜（孕）ｒ＋ｈ－（州２??公式中／〇是无样品时传输线的截止频率，对于ＴＥＭ传输线来说，／〇二０。??传播常数Ｙ可以表示为：??Ｙ?＝?ｊＳ卜－（，）ｊ?（２＂１〇）??于是可以求出传输系数的表达式：??９??
矢量网络分析仪是一种能在较宽的频带内扫描测量微波网络参量的仪器，可??以测量有源／无源、单／双端口网络的散射参数。下面先简单介绍一下Ｓ参数，如??图２．４所示：??ａｌ?、?｜?｜?心２??￣?｜?ＤＵＴ?＼?ａ２??＼?｜?ｉ?〈??端口?１；?端ｔ］２??图２．４?Ｓ参数描述二端口网络??图中是一个双端口网络，ＤＵＴ?（Ｄｅｖｉｃｅ?Ｕｎｄｅｒ?Ｔｅｓｔ）代表待测元件。表示??在端口?２接匹配负载的情况下端口?１的反射系数，５２２是在端口?１接匹配负载时，??端口?２的反射系数，Ｓ１２表示在端口?１接匹配负载情况下的反向传输系数，Ｓ２１是??在端口?２接匹配负载情况下的正向传输系数［４３］，艮Ｐ：??？?反射波ｌｈ??５－ｔｉ?＝?＝?—，?ａ２?＝?０??入射波％??。Ｍ?＿传输波＿?ｈ?＾?？??５?２ｉ?—?一?，?ｄｏ?＝?？??入射波?Ａ??，?反射波ｂ２??ｉ２２?＝?＝?—
【参考文献】：
期刊论文
[1]关于45 GHz毫米波对矩形阻挡物的绕射研究[J]. 李星蓉,李永倩,李保罡. 北京邮电大学学报. 2017(04)
[2]TRL校准方法原理及应用[J]. 陈婷,杨春涛,陈云梅,张国华. 计量技术. 2007(07)
[3]电波传播模型ITU-R P.526及多刃峰绕射研究[J]. 程瑞庭. 中国无线电. 2006(10)
[4]气体相对介电常数εr的测量[J]. 张皓晶,石睿,杨卫国,谢雪冰,张雄. 云南师范大学学报(自然科学版). 2005(01)
[5]同轴探头测量材料电磁参数变频率法的改进[J]. 董宇,陈春平,钮茂德,徐得名. 微波学报. 2003(01)
[6]双极化位相法测量半空间介质介电常数[J]. 陈志雨,周冬青. 电子科学学刊. 1999(06)
[7]空间波法测地物介电常数的反演方法[J]. 夏明耀,陈志雨. 电子科学学刊. 1999(02)
[8]微波遥感典型地物介电常数实地测量[J]. 张俊荣,张德海,王丽巍,赵有,张升伟,郭伟. 电子科学学刊. 1997(04)
[9]电磁材料的复介电常数和复磁导率的空间标量测量方法[J]. 赵常青,李世智. 微波学报. 1997(01)
[10]空间波与长试样法测量介电常数的结果与对照[J]. 陈志雨,李安莱,周冬青. 遥感学报. 1997(01)
硕士论文
[1]一种测量室内墙面介电常数的改进自由空间波法研究[D]. 汪楚.北京邮电大学 2018
[2]基于动态扫频介电常数的测量研究[D]. 陈蕊.西安电子科技大学 2009
[3]典型地物微波介电特性实验研究[D]. 贾明权.电子科技大学 2008
[4]四端口矢量网络分析仪误差校准及修正[D]. 温小雨.西安电子科技大学 2008
[5]谐振腔微扰法测量介电常数及Matlab在其中的应用[D]. 赵红福.吉林大学 2005
[6]路用探地雷达回波模拟分析[D]. 孟美丽.郑州大学 2002
本文编号：3211841
【文章来源】：北京邮电大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１损耗角正切矢量图??＂？
络的传输线法主要是通过测量电磁波打到介质表面时的反射系数来反演介电常??数。常见的单端口传输线法有三种：传输线段法、同轴线终端法和开口传输线终??端法［４０］。如图２．２是填充样品传输线段法的原理框图。??ｒ?Ａ｜?ｒ??５?５??ｒ?１?传输线??图２．２传输线段法??若传输系数用Ｔｓ表示，贝ＩＪ：??（ｉ－ｒ＾?（２－８）??ｌｓ?ｉ－ｒ２ｅ－２Ｗ?ｖ?７??其中，ｒ表示电磁波从空气射到样品表面时的反射系数，Ｙ为传播常数，ｚ是??样品的长度，此时的反射系数ｒ可以表示为：??ｒ?＝丨１－（争）２１；＿Ｍ争（２－９）??卜（孕）ｒ＋ｈ－（州２??公式中／〇是无样品时传输线的截止频率，对于ＴＥＭ传输线来说，／〇二０。??传播常数Ｙ可以表示为：??Ｙ?＝?ｊＳ卜－（，）ｊ?（２＂１〇）??于是可以求出传输系数的表达式：??９??
矢量网络分析仪是一种能在较宽的频带内扫描测量微波网络参量的仪器，可??以测量有源／无源、单／双端口网络的散射参数。下面先简单介绍一下Ｓ参数，如??图２．４所示：??ａｌ?、?｜?｜?心２??￣?｜?ＤＵＴ?＼?ａ２??＼?｜?ｉ?〈??端口?１；?端ｔ］２??图２．４?Ｓ参数描述二端口网络??图中是一个双端口网络，ＤＵＴ?（Ｄｅｖｉｃｅ?Ｕｎｄｅｒ?Ｔｅｓｔ）代表待测元件。表示??在端口?２接匹配负载的情况下端口?１的反射系数，５２２是在端口?１接匹配负载时，??端口?２的反射系数，Ｓ１２表示在端口?１接匹配负载情况下的反向传输系数，Ｓ２１是??在端口?２接匹配负载情况下的正向传输系数［４３］，艮Ｐ：??？?反射波ｌｈ??５－ｔｉ?＝?＝?—，?ａ２?＝?０??入射波％??。Ｍ?＿传输波＿?ｈ?＾?？??５?２ｉ?—?一?，?ｄｏ?＝?？??入射波?Ａ??，?反射波ｂ２??ｉ２２?＝?＝?—
【参考文献】：
期刊论文
[1]关于45 GHz毫米波对矩形阻挡物的绕射研究[J]. 李星蓉,李永倩,李保罡. 北京邮电大学学报. 2017(04)
[2]TRL校准方法原理及应用[J]. 陈婷,杨春涛,陈云梅,张国华. 计量技术. 2007(07)
[3]电波传播模型ITU-R P.526及多刃峰绕射研究[J]. 程瑞庭. 中国无线电. 2006(10)
[4]气体相对介电常数εr的测量[J]. 张皓晶,石睿,杨卫国,谢雪冰,张雄. 云南师范大学学报(自然科学版). 2005(01)
[5]同轴探头测量材料电磁参数变频率法的改进[J]. 董宇,陈春平,钮茂德,徐得名. 微波学报. 2003(01)
[6]双极化位相法测量半空间介质介电常数[J]. 陈志雨,周冬青. 电子科学学刊. 1999(06)
[7]空间波法测地物介电常数的反演方法[J]. 夏明耀,陈志雨. 电子科学学刊. 1999(02)
[8]微波遥感典型地物介电常数实地测量[J]. 张俊荣,张德海,王丽巍,赵有,张升伟,郭伟. 电子科学学刊. 1997(04)
[9]电磁材料的复介电常数和复磁导率的空间标量测量方法[J]. 赵常青,李世智. 微波学报. 1997(01)
[10]空间波与长试样法测量介电常数的结果与对照[J]. 陈志雨,李安莱,周冬青. 遥感学报. 1997(01)
硕士论文
[1]一种测量室内墙面介电常数的改进自由空间波法研究[D]. 汪楚.北京邮电大学 2018
[2]基于动态扫频介电常数的测量研究[D]. 陈蕊.西安电子科技大学 2009
[3]典型地物微波介电特性实验研究[D]. 贾明权.电子科技大学 2008
[4]四端口矢量网络分析仪误差校准及修正[D]. 温小雨.西安电子科技大学 2008
[5]谐振腔微扰法测量介电常数及Matlab在其中的应用[D]. 赵红福.吉林大学 2005
[6]路用探地雷达回波模拟分析[D]. 孟美丽.郑州大学 2002
本文编号：3211841
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