基于亚波长谐振的复介电常数非接触测量

摘要

复介电常数作为反映物质与电磁场相互作用的重要参数，其测量和获取在科学研究和工业生产中发挥着重要的作用。迄今为止，已经有很多测量复介电常数的理论和方法，如电容法、传输线法、谐振腔法和自由空间法。这些方法各有优缺点。本论文针对实际应用中大量存在的非接触测量的测试要求，提出了基于亚波长谐振单元开口谐振环(SRRs)的复介电常数测试系统和测试方法。
　　SRRs原本被用于左右材料的设计，后来也被应用于微波滤波器等应用场合。由于SRRs具有深度亚波长、高Q值的优点，现在也有一些通过SRRs测量复介电常数的研究。但是这些研究都只适用于大面积被测样品(SUT)的接触测量，而且都是通过测量SRRs的频率偏移来反演SUT的复介电常数。这种方法难以避免SRRs与SUT之间空隙的存在，它会严重影响测量的准确性。
　　与其不同的是，本文将深度亚波长、高Q、电耦合的SRRs用于高频复介电常数的非接触测量。由于采用非接触测量，SUT将不再直接放置在SRRs上，这避免了接触测量中无法良好接触、存在缝隙的难题;另一个主要的区别是，在非接触测量中，通过测量阻抗和反射系数S11的变化代替接触测量中所用的谐振频率的变化。在此本文通过瑞利近似简化的方法以得到线性的新型反演公式，利用此公式可计算SUT的复介电常数。仿真和实验的结果验证了本文测量方法的有效性。此方法可以非接触地测量开放空间中小尺寸样品的复介电常数，并且可以适用于液体以及生物材料的复介电常数的测量，具有很好的应用前景。

目录

声明

致谢

摘要

1．绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 国内外现状分析

1．3 本课题主要研究内容及创新点

1．4 论文的章节安排

2．基础理论及回顾

2．1 SRRs

2．1．1 SRRs的结构及特性分析

2．1．2 SRRs的相关应用

2．2 阻抗的变化与复介电常数的关系

2．3 瑞利散射理论

2．4 本章小结

3．理论分析

3．1 阻抗匹配

3．1．1 微带线耦合SRRs等效电路

3．1．2 阻抗匹配的实现

3．2 反射系数的变化与复介电常数的关系

3．3 本章小结

4．仿真结果与分析

4．1 仿真模型与设置

4．2 亚波长谐振单元仿真结果

4．3 对SUT复介电常数的仿真

4．3．1 针对介电常数实部的仿真

4．3．2 针对介电常数虚部的仿真

4．4 本章小结

5．实验结果与分析

5．1 实验装置

5．2 实验结果

5．2．1 不同SUT的反射系数

5．2．2 α的实验结果

5．2．3 反演结果

5．3 讨论与分析

5．4 本章小结

6．结论与展望

参考文献

科研成果