一种精确测量微波介质陶瓷性能参数法——介质柱谐振法

摘要

微波频率下材料复介电常数的测量对于微波材料的基础研究和应用开发具有重要意义.在总结国内外材料电磁特性测量方法的基础上,通过对比分析选取介质柱谐振法,并利用ADVANTEST公司的R3767C网络分析仪测量载有样品的腔体参数,通过自己开发的计算程序得到样品的复介电常数.与其它测试方法相比较,这一测试方法具有宽频带、高精度、快速度、操作简单等优点.复介电常数的测量是属于直接测量,通过测量载有样品的谐振腔的散射参数S<,11>、S<,22>、S<,21>以及谐振中心频率,并根据计算软件可以得到ε<,r>、Q值.从波动方程、规则波导中的导行波的波型,我们对电磁场的测试原理有了一定的认识,并且通过对圆形波导管中电磁波的场分量的研究,可以得到介质柱谐振腔中各部分电磁场分量的表达式,从而为分析和测量微波介质陶瓷的性能参数奠定了一定的基础.以介质柱谐振腔为测试夹具使得测试样品的制备简单、放置易于操作,可以尽量避免样品与夹具内部之间出现不应有的间隙,从而提高了测试精度.根据测试的要求,我们设计出了测试夹具的结构和尺寸,测试频段可达1~18 GHz.同时给出了对测试样品、试验环境、试验设备及仪器的具体要求.介绍了测试基本操作过程以及在测试开始之前要先测量金属短路板的表面电阻,完成了以上的过程,我们的测试工作才算正式开始.接着我们对Pb基系列以及BLT系列共20个样品的介电参数进行了测量,从测试结果可以看出测量的结果基本还是比较理想,但是也存在一些问题:不能对小样品进行精确的测量,并且会导致测试频率超出测量的范围.另外从测试的结果中可以判定样品的材料配方和工艺还是存在一定问题,需要进一步改进和提高.最后对测试系统进行了详尽的误差分析,发现矢量网络分析仪测量误差是主要的误差来源;同时还存在物理模型不完善引起的误差、测试频率的误差△f、样品长度测量时的误差等带来的误差.

目录

文摘

英文文摘

1绪论

1.1课题的目的和意义

1.2文献综述

1.3本文主要研究内容

2测试原理

2.1微波陶瓷材料参数定义

2.2微波网络理论

2.3测试基本原理

2.4圆形波导管中电磁波的传输特性

2.5介质柱谐振腔中TE波型的场结构

2.6小结

3测试系统

3.1微波矢量网络分析仪

3.2测试夹具的设计

3.3介质柱谐振法测试原理

3.4详细要求

3.5小结

4测试过程及结果

4.1测试过程

4.2金属短路板表面电阻的测试方法

4.3测试结果

4.4误差分析

4.5小结

5总结与展望

5.1结论

5.2展望

致 谢

参考文献

附录1作者在攻读硕士学位期间完成的学术论文

附录2复介电常数计算程序