反射法测试复介电常数技术研究

摘要

在微波频段，介质材料作为电路基板、天线罩等已被广泛应用，这就要准确知道材料的介电常数，因此对材料进行无损伤测试，提高测试精度是现在研究的趋势。本文以非接触式和接触式的反射法测试介质复介电常数为研究内容，分三种类型的天线对介质材料进行无损伤测试。数据计算得出待测样品介电常数和损耗参数。 在接触式测量系统中使用带法兰的开口波导作为测量天线，仿真了法兰盘的大小对波导口导纳的影响，确定法兰尺寸。由于波导自身是非理想的且有一定长度，故存在损耗和相位误差，本文使用金属板对这两个系数进行了校准。本文使用两次不同的高斯积分及优化算法计算出相对介电常数和损耗参数，并经实际测量实验得出使用本方法得到的结果符合材料标称值。 在喇叭天线和待测材料不接触时，本文测试了材料端接、不接金属板的两种情形，并由传输线理论推导了相应的复反射系数和材料的电参数间的方程式。对于此种反射测量方法有一些要求，如远场条件、样品尺寸和测试环境，本文讨论了这些条件。传统的校准方法常采用将金属板移动等分波长(λ/n)距离，移动长度可能需要到微米级别。本文采用更加灵活的移动毫米距离的方式，通过测量数据发现本方法可以达到传统测量同样的精度。 由于喇叭天线测量时是将待测材料放置在远区场来近似等效传输线，这样做存在误差。为了进行更方便的测试和提高测试精度，本文提出了使用出射平面波束的透镜搭配喇叭天线对反射波进行测量来得到材料介电常数的方法，此方法可以应用传输线模型且不必要求在远场测试。通过一些理论假设，提出了一种新的校准方法，此法不需移动金属板，操作更加方便。通过测量多种材料的复介电常数并和标称值对比，结果相接近，验证了假设。

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