微波材料复介电常数三维分布测试技术研究

发布时间：2017-09-24 18:16

  本文关键词：微波材料复介电常数三维分布测试技术研究

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【摘要】：随着微波材料介电性能测试技术日新月异的发展,测试领域也在日益的变广,其中就包括对应用于特殊环境下的非均匀微波材料的介电性能进行无损测试。本文在此研究背景下,对微波材料复介电常数三维分布的测试方法进行研究。通过对各种测试方法进行分析对比并结合课题的要求,最终选用同轴开放式同轴谐振腔测试方法,并推导相关的测试算法。为了验证测试系统的可靠性,本文用测试精度较高的高Q腔双层材料测试算法加以验证。首先是对测试系统的硬件部分进行设计：其中包括同轴开放式谐振腔与高Q腔测试腔体的设计。分析谐振腔的一些设计原则,并在其基础上得出腔体的物理结构以及关键尺寸。利用HFSS仿真软件对同轴开放式谐振腔进行建模仿真,优化其整体性能后,确定同轴开放式谐振腔最终的物理尺寸。其次是对测试算法的推导过程：其中包括同轴开放式谐振腔的单层均匀材料和多层材料的测试算法以及高Q腔双层材料的测试算法。利用同轴开放式谐振腔终端加载单层均匀样品前后,谐振参数与边缘电容的变化量与待测材料复介电常数的关系得出单层均匀材料复介电常数的计算公式。在此基础上,利用全波分析法与基于微扰原理的等效法两种方法对多层材料复介电常数的求解问题进行分析,并给出相应的求解公式。此外,利用精确场解法推导出高Q腔双层材料复介电常数的求解公式。最后,实现两套测试系统的组装,并对相应的算法进行校准。利用搭建的测试系统对自行制作的单层、双层、三层样品进行相应的测试,并将测试数据用相应算法进行计算得出计算结果。对比计算结果,分析测试误差,论证了同轴开放式谐振腔测试系统用于单层材料测试时,能够满足课题指标如下：测试温度：25℃测试频率：1-5GHz测试范围：相对介电常数εr：1～5损耗角正切tanδ:1×10～5×10-3测试误差：|△εr/εr|≤4.0% |△tanδ|≤20%×tanδ+5×104
【关键词】：同轴开放式谐振腔 高Q腔 复介电常数 单层材料测试 双层材料测试 多层材料测试
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM934.33
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-17
• 1.1 课题研究背景及意义11
• 1.2 复介电常数测试方法11-13
• 1.3 非均匀材料介电常数测试国内外发展动态13-15
• 1.4 论文研究内容15-17
• 第二章 测试系统腔体设计17-32
• 2.1 理论分析17-24
• 2.1.1 微波谐振腔17-19
• 2.1.1.1 谐振腔的谐振频率18-19
• 2.1.1.2 谐振腔的品质因数19
• 2.1.2 同轴线TEM波的传输特性19-22
• 2.1.3 高Q腔TE01p模场分布22-24
• 2.2 同轴开放式谐振腔的设计24-29
• 2.2.1 腔体设计原则24-26
• 2.2.2 耦合装置的设计26-28
• 2.2.3 腔体总体仿真28-29
• 2.3 测试用高Q腔的设计简介29-31
• 2.4 本章小结31-32
• 第三章 测试原理分析32-50
• 3.1 同轴开放式谐振腔测试原理32-45
• 3.1.1 同轴开放式谐振腔的等效电路32-34
• 3.1.2 单层材料测试原理34-36
• 3.1.3 多层材料测试原理36-45
• 3.1.3.1 精确场解法36-43
• 3.1.3.2 基于微扰原理的等效法43-45
• 3.2 高Q腔法双层材料测试原理45-49
• 3.2.1 介电常数求解公式46-48
• 3.2.2 损耗角正切的求解公式48-49
• 3.3 本章小结49-50
• 第四章 实验测试系统工程设计与搭建50-62
• 4.1 同轴开放式测试系统设计与组装50-53
• 4.1.1 测试腔体的设计与组装50-51
• 4.1.2 加压装置设计51
• 4.1.3 样品三维移动装置51-52
• 4.1.4 测试系统底座设计52-53
• 4.2 高Q腔测试系统设计与组装53-55
• 4.2.1 主腔体设计53-54
• 4.2.2 高Q腔上端盖设计54-55
• 4.3 测试系统组装调试55-58
• 4.3.1 同轴开放式谐振腔测试系统调试55-56
• 4.3.2 高Q腔测试系统组装调试56-58
• 4.4 测试算法的校准58-61
• 4.4.1 同轴开放式谐振腔单层算法校准58-59
• 4.4.2 基于微扰原理的等效算法校准59-61
• 4.4.3 高Q腔多层算法校准61
• 4.5 本章小结61-62
• 第五章 样品制作及测试步骤与误差分析62-75
• 5.1 测试样品的制作62-65
• 5.1.1 同轴腔单层样品制作要求62-64
• 5.1.2 同轴腔非均匀样品制作要求64
• 5.1.3 高Q腔双层样品制作要求64-65
• 5.2 测试步骤65-73
• 5.2.1 同轴腔单层材料测试步骤65-67
• 5.2.2 高Q腔双层材料测试步骤67-68
• 5.2.3 同轴腔多层材料测试步骤68-73
• 5.3 误差分析73-74
• 5.4 本章小结74-75
• 第六章 结论75-77
• 6.1 课题研究内容与研究成果75-76
• 6.2 后续研究展望76-77
• 致谢77-78
• 参考文献78-81
• 硕士期间取得的研究成果81-82

【参考文献】

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本文编号：912735