准光腔法介电性能高精度测试技术研究

摘要

微波毫米波技术已经广泛应用在雷达、通信、生物医学等领域。在毫米波元器件中，使用材料的特性会对系统产生很大影响。介电性能是表征材料特性的重要参量。精确的得到毫米波材料的介电性能具有重要的理论和工程意义。 目前材料介电参数测量主要向高精度、高频率、宽频带、自动化方向发展，同时材料无损测试也是热门研究方向。本文针对材料测试高精度方面进行研究。准光学谐振腔具有操作方便、模式简单、品质因数高等特点，因此本文采用准光腔法进行复介电常数测试高精度研究。 首先，本文对国内外介电参数测试技术发展进行介绍。然后应用高斯波束理论对准光学谐振腔进行场分析，利用仿真计算软件绘制出半对称准光腔结构内能量和场分布，并对准光腔法材料测试理论进行详细介绍。根据论文指标确定相应的腔体结构尺寸，设计准光腔可同时工作在Ka和W两个波段。 其次，对高斯波束等相位面和球面反射镜不匹配问题进行具体分析，设计了一套完全匹配等相位面的改进型半对称准光腔测试系统。利用 HFSS 电磁仿真软件对两套准光腔模型进行仿真对比分析。对样品材料表面处高斯波束等相位面不匹配问题进行分析，应用微扰理论对谐振频率计算公式进行修正。根据论文指标设计了可以应用在Ka波段和W波段的耦合装置。制定了相关测试规范。对测试系统进行完善，并改进系统结构以消除高阶模式从而提高测试精度。 最后，以利用矢量网络分析仪搭建两套不同凹面反射镜准光腔测试系统。通过VC++编写本测试软件。对标准样品材料进行测试，对比分析两套测试系统测试结果，并对测试系统内腔体参数提取及加工工艺导致的误差进行具体分析。

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