基于矩形波导传输线的材料电磁特性测试技术

发布时间：2019-11-16 17:36

【摘要】：本文主要研究基于矩形波导传输线的材料电磁参数测量方法。简要分析了材料的电磁特性与材料电磁参数的频率响应，概述了材料电磁参数测量的常用方法与使用传输线法测量材料电磁参数的现状。 重点分析了矩形波导传输线的材料电磁特性测量方法的基本原理，深入研究了材料电磁特性测试的多次反射效应，推导了从材料散射参数当中计算特性阻抗和传播常数的公式，针对波导传输线，推导了从特性阻抗和传播常数当中计算介电常数和磁导率的公式。 用高频结构仿真软件HFSS计算的材料散射参数代替材料实测的散射参数，通过MATLAB软件编程计算了聚四氟乙烯材料的电磁参数；以3D图形式全面分析考察了矩形波导材料电磁特性准确测量时的厚度选择范围与谐振问题，证实了前人的研究成果；分析了材料的介电常数和磁导率测试误差与厚度和频率的关系，给出了矩形波导传输线法对材料厚度的选择范围，对传输线的材料电磁特性测试有一定的参考价值。使用矢量网络分析仪与测试夹具实现几种常见材料在X波段与K波段的散射参数测量，完成不同厚度材料电磁特性的测试，实测结果与理论值吻合良好。 探索性的将矩形波导材料电磁特性的测量频率扩展到太赫兹频段，设计了2mm波段标准矩形波导与THz材料测量的测试夹具，深入研究了夹具去嵌入算法，完成了测试夹具的去嵌入。实现了2mm波段标准矩形波导传输线材料电磁参数的测试，在文末给出了使用THz测试夹具测量的材料电磁参数的实测结果。
【图文】：

1.2.2 材料电磁参数的频率响应介绍了材料的电磁参数表征方式，也需要了解材料内部结构之间的多种作用力，这些作用力通常用材料电磁特性的频率响应表示，如图1.1 所示。电磁材料中包含有序排列的电荷载流子，如果受电场作用，载流子会发生位移。极化使电荷补偿电场，导致正电荷与负电荷反相移动。图1.1 材料电磁特性的频率响应[3]从微观角度讲，材料电磁特性受多种电磁机理的影响。在微波频率下，偶极子取向与离子传导的相互作用很强烈，偶极子取向过程中产生的摩擦将会导致电介质损耗，偶极子旋转

当电磁波在放置有被测介质样品的波导传输线中传播时，电磁波会在空气与被测材料的分界面处发生多次反射和多次透射现象，由于电磁波在波导中的传输特性是与材料所处位置无关，假设材料在波导当中的位置如图2.1 所示，波导内放置被测材料(图中黄色区域)，被测材料充满矩形波导横截面，材料的长度或厚度用 L 表示，在 A 和 B 两个交界面上，存在着不连续性，造成了电磁波在 A 和 B 两个交界面上来回反射，使得交界面 A 左侧所有反射波的叠加形成材料样品的反射系数
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TN811

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1 郭利强,焦永昌,唐家明;矩形波导模式谱图的一般表达式[J];仪器仪表学报;2004年S1期

2 王s，

本文编号：2561930