低损耗材料介电性能分布宽频测试技术研究

摘要

随着经济社会和科学技术的快速发展和进步，在航空航天、电视、雷达等领域，对材料的性能的要求越来越高。在对材料的介电性能的测试研究一直也是微波材料领域比较热门的方向。夹持杆作为行波管的一部分，其轴向介电性能的大小也影响着夹持杆的性能。在此背景下，开展对夹持杆等杆状材料进行介电性能分布测试变得尤为重要。 首先，本文对近些年来常用的测试方法进行介绍，比较每一种测试方法的适用范围和它们的优点、缺点。在本课题中，为了更加方便和准确的测试，选用圆柱谐振腔来进行杆状材料的介电常数的测试。在理论上分析了谐振腔内部的电场与磁场分布，在公式上推导了谐振腔的谐振频率与品质因数的表达式。从微扰法和精确场解法出发，结合腔体内场结构，推导出待测材料的介电常数和损耗角正切值的公式。理论上分析和修正了因腔体开孔引起的谐振腔长的变化，并把这个修正因子带入到介电性能的公式中，以减小因开孔对测试结果的影响。同时从精确场解法和微扰法推导出材料分布测试的算法，为后续的测试作了理论的支撑。 其次，根据课题指标的要求，结合圆柱谐振腔的设计原则，设计符合指标要求的圆柱谐振腔尺寸，并进行了开缝处理以抑制杂模的干扰，并采用HFSS等仿真软件对腔体的性能进行了仿真，对腔体耦合结构进行了制备，最后对测试腔体进行了调试。在测试系统中移动装置上比传统的方法进行了改进，对移动装置每一个部件进行了研制，同时编了一个自动控制软件对电机进行控制，方便能进行快速测试。 最后，对整个测试系统子部件进行组装和调试，保证测试系统的每一部分保持性能稳定。利用该测试系统对几种不同的标准样品在不同位置下进行测试，对比测试结果，来表征出样品轴向复介电常数均匀性，同时也验证了该测试系统满足以下测试指标： 测试温度：25℃ 测试频率：3-26GHz 测试范围：相对介电常数ε'r：1~11 损耗角正切tanδ：1×10-6~5×10-3? 测试误差：∣△ε'r/ε'r∣≤3.0% ∣△tanδ∣≤8%×tanδ+5×10-6

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