带状线法透波材料高温介电性能测试技术研究

摘要

电磁波透波材料广泛应用于各种电子设备中，材料的电磁特性对整个电子系统的性能有着至关重要的影响。当透波材料应用在天线罩，天线窗以及大功率器件中时，由于工作环境的影响，使用温度会发生变化，材料的电磁参数也会发生改变。特别是火箭、导弹等高速飞行器上的天线罩(窗)，空气的气动加热会使其温度达到上千摄氏度，高温将导致材料电磁性能的恶化，会严重影响飞行器的通讯、探测、瞄准等电子设备的工作性能。
　　为了使飞行器中的电子设备在大气层高速飞行时产生的高温环境中能正常工作，就要保证制作天线罩的透波材料在高温环境中具有优良的电磁性能并掌握其随温度变化的规律。因此就必须要建立一套能够在高温环境下检测材料电磁参数性能指标的测试系统，用以评价材料在不同温度，不同频率下电磁参数性能的好坏，本文以此为研究课题，在广泛调研国内外相关领域发展动态的基础上，结合本课题的具体情况，选用了带状线谐振腔进行指定频段的高温宽频复介电性能测试技术研究。
　　本文首先根据高温测试的实际情况，通过腔体多点测试温度进行线性插值，得到腔体纵向上的温度梯度分布。提出了在腔体纵向根据温度分布采用分段计算的方法，建立了变温测试非等横截面腔体的物理模型，推导出了带状线谐振腔材料复介电性能变温测试理论，为利用带状线谐振腔进行材料的变温测试提供了理论基础。
　　研制了高温宽带测试腔体和高温、隔热、冷却微波传输线和密封转换接头。通过对测试腔体的优化设计和腔体材料以及表面处理工艺的研究选择，使其高温微波性能更加优异，测试结果更加准确可靠。
　　为保证高温测试的顺利进行，设计加工了真空保护系统，选用了超音频感应加热设备对测试腔体和样品进行升温，减小了对隔热防护的要求，使系统更加易于维护和操作。
　　在高温校准和测试过程中，通过对腔体不同位置的温度进行实时采集，用线性插值的方法进行计算，通过变温校准得到了各个温度下腔体的热膨胀系数和微波表面电导率，对腔体的模型进行了实时修正，研究了变温过程中的校准方法，降低了由于温度改变导致的腔体热不稳定性对测试结果的影响，提高了高温测试结果的准确性和稳定性。
　　最后集成了整个测试系统，编写了测试软件，制作了一批高温材料样品，进行了大量的测试，并对测试数据进行分析对比。对该套系统的测试误差进行了理论分析，确定了各个误差源和权重，进行了误差综合，编写了误差分析软件，推导出了测试系统的测试误差。
　　本文所建立的系统可以对透波材料进行宽频带(0.5~8GHz)，大温度范围(室温~1500℃)的复介电性能测试，其测试结果具有较好的准确性和稳定性。攻克了透波材料高温宽频测试的难题，填补了国内相关测试领域的空白，同时也为透波材料的理论研究和生产制造提供重要的参考数据。

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第一章 绪 论

1.1 选题背景和研究意义

1.2 材料电磁参数变温测试技术研究现状

1.3 电磁参数测试方法发展趋势

1.4 本论文的主要研究内容

1.5 本论文的组织结构

第二章 带状线法测试原理

2.1 带状线及其谐振腔特性

2.2 常温测试理论

2.3 小结

第三章 高温测试理论

3.1 高温下的均匀热膨胀测试物理模型

3.2 非等温热膨胀测试物理模型

3.3 小结

第四章 高温微波谐振系统的研制

4.1 带状线谐振腔的优化设计

4.2 微波变温传输系统的研制

4.3 小结

第五章 高温自动测试系统的集成

5.1 加热系统的研制

5.2 真空隔热系统的研制

5.3 温度采集与控制系统的研制

5.4 微波高通滤波器的研制

5.5 测试系统的集成

5.6 测试流程的确定

5.7 测试软件的编写

5.8 小结

第六章 样品尺寸优化与测试结果

6.1 带状线样品的尺寸与放置方式研究

6.2 谐振腔变温宽频空腔测试

6.3 样品测试

6.4 小结

第七章 误差分析

7.1 系统误差源的确定

7.2 模型不理想引入的测试误差

7.3 电磁数值计算引入的测试误差

7.4 其他系统误差源引入的测试误差

7.5 小结

第八章 结 论

8.1 本论文的主要创新点

8.2 下一步工作建议及研究方向

致谢

参考文献

附录 部分误差计算程序

攻博期间取得的研究成果

一、文章发表情况

二、专利情况