高介电常数材料测试技术

摘要

随着科学技术突飞猛进的发展，微波材料已经遍及了航空、通信等各个领域，在我们生活的方方面面里发挥着不可或缺的作用。微波材料的电磁参数决定了电磁波在其中传播的传播特性，而近年来，微波材料已经越来越向高介电常数发展，因此，高介电常数材料的介电常数测试至关重要。待测材料的介电常数高，使得电磁波不容易耦合进待测材料中，因而一些用于低介电常数材料测试的传统方法不再适用，如传输线法、微扰法等。本文分别分析研究了利用谐振法和一些其它方法测试高介电常数材料的可行性。 对于谐振法，本文主要研究了利用环形介质谐振器测试高介电常数材料的测试方法。利用环形介质谐振器TE模式中间区域的磁场最强、电场最弱，放入体积很小的待测材料，对材料的介电常数进行测试。本文根据理论原理，用精确场解法等方法编写了高介电常数测试算法，还设计搭建了实际的环形介质谐振器测试系统，对一些高介电常数的材料进行了实际测试，并将测试结果与其它传统方法的测试结果进行了对比分析。本文对这种测试高介电常数的方法的研究具有创新价值。 本文还研究了利用渐变结构来匹配待测材料的高介电常数、利用薄层结构对高介电常数待测材料进行模式匹配、利用波导中央开耦合小孔后插入细棒状高介电常数待测样品的其它测试方法，并根据仿真结果分析了这些方法的可行性。本文对这些创新性方法的分析研究对今后的高介电常数材料测试具有指导借鉴意义。 论文首先介绍了论文背景、选题意义、研究动态以及研究内容等。对于环形介质谐振器法，本文先对不同结构的环形介质谐振器中不同谐振模式的谐振频率进行了理论分析，用MATLAB数学软件对理论公式进行了辅助计算，最终决定采用结构相对简单的TE011模式进行测量。在此基础上本文利用HFSS电磁仿真软件仿真设计了环形介质谐振器，还设计并搭建了环形介质谐振器法测试系统。 对于其它测试方法，本文先构想了几种有待尝试的新方法，并利用HFSS电磁仿真软件对这些方法进行了仿真，在仿真结果的基础上对这些方法的可行性进行了分析。 最后本文根据之前几种不同方法的理论分析、仿真结果和实验现象，提出了高介电常数测试的可行方法。

目录

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第一章 绪 论

1.1 研究的背景和意义

1.2国内外动态

1.3 本文主要研究内容

第二章 环形介质谐振器法理论分析

2.1 介电常数

2.2 传输/反射法

2.2.1 传输/反射法介绍

2.2.2 网络参量分析

2.3 谐振器

2.3.1 微波谐振器的基本特性

2.3.2 谐振器的基本参数

2.3.3 常见的谐振器类型

2.3.4谐振器的激励

2.4 环形介质谐振器法测介电常数算法实现

2.4.1 谐振法

2.4.2微扰法

2.5 本章小结

第三章 环形介质谐振器法测试系统的搭建

3.1 环形介质谐振器的仿真设计

3.2 环形介质谐振器法测试平台的设计加工

3.3 环形介质介电常数的测试

3.3.1 设计搭建圆柱介质谐振器测试平台

3.3.2 圆柱介质谐振器测试

3.4 传输/反射法待测样品的配制

3.4.1 对数法则

3.4.2 样品制作

3.5 本章小结

第四章 其它方法仿真结果及可行性分析

4.1 传输线内放置高介电常数材料

4.1.1 矩形波导内材料渐变

4.1.2 同轴线内材料渐变

4.1.3 小节总结

4.2 矩形波导底部铺设高介电材料

4.3 矩形波导中央开小孔耦合

4.4 本章小结

第五章 环形介质谐振器法测试结果及分析

5.1 空心环形介质谐振器测试

5.2 低介电常数材料测试

5.2.1 环形介质谐振法测试

5.2.2微扰法测试

5.2.3测试结果比较分析

5.3 高损耗材料测试

5.3.1 环形介质谐振器法测试

5.3.2 传输/反射法测试

5.3.3 微扰法测试

5.3.4 测试结果比较分析

5.4 高介电常数材料测试

5.4.1 相对介电常数70材料测试

5.4.2 相对介电常数80材料测试

5.4.3 相对介电常数100材料测试

5.4.4 蒸馏水测试

5.4.5 相对介电常数300材料测试

5.5 其它介质谐振环的微扰法测试

5.6 测试数据分析

5.7本章小结

第六章 总结

6.1 实验现象总结及误差来源分析

6.2 课题研究的主要内容和创新点

6.3 本文存在的不足及后期工作的展望

致谢

参考文献