基于動(dòng)態(tài)掃頻介電常數(shù)的測(cè)量研究.pdf

1、近年來(lái)，隨著微波遙感技術(shù)和微波電路的日益發(fā)展，材料介電性能參數(shù)的研究和測(cè)量成為人們關(guān)注的課題。介電常數(shù)的精確測(cè)量能夠給科學(xué)家和工程師提供非常有價(jià)值的信息，其測(cè)量方法很多，本論文重點(diǎn)介紹諧振腔微擾法。 本論文介紹了介質(zhì)材料的兩個(gè)電磁特性參數(shù)—介電常數(shù)與磁導(dǎo)率，并討論了幾種常用的測(cè)量方法，諧振法中的諧振腔微擾法測(cè)量介電常數(shù)具有比較高的測(cè)量精度，且使用樣品少，但不適宜寬頻帶測(cè)量和損耗較大的介質(zhì)材料測(cè)量；傳輸線法限于低、中損耗介質(zhì)材料的

2、測(cè)量，測(cè)量精度不如諧振腔法；自由空間波法適用于介電常數(shù)的寬頻帶測(cè)量，可完成非損傷性和非破壞性的測(cè)試，與上述幾種方法比較，自由空間波法更適宜實(shí)地測(cè)量。 通過(guò)分析矩形波導(dǎo)的波動(dòng)方程和邊界條件，得到矩形諧振腔中電磁場(chǎng)分量的表達(dá)式，從而為分析和測(cè)量介質(zhì)材料的介電常數(shù)奠定了理論基礎(chǔ)。諧振腔的主要指標(biāo)參數(shù)是諧振頻率f0、諧振波長(zhǎng)λ0、品質(zhì)因數(shù)Q0和等效電導(dǎo)G0，在此基礎(chǔ)上，做出了測(cè)量系統(tǒng)選用的三公分矩形諧振腔的模式圖，使系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作清晰、

3、便捷。 論文著重闡述了如何利用動(dòng)態(tài)掃頻諧振腔微擾法，實(shí)施一腔多模的技術(shù)，拓寬頻帶測(cè)量介電常數(shù)。本論文選用高校試驗(yàn)中常用的矩形諧振腔，設(shè)計(jì)建立了由掃頻信號(hào)源、檢波器以及示波器組成的測(cè)試系統(tǒng)，并運(yùn)用Matlab強(qiáng)大的計(jì)算繪圖功能做出矩形諧振腔的諧振模式圖，為了保證測(cè)量精度，諧振腔在各個(gè)頻點(diǎn)上應(yīng)是單模諧振的，結(jié)合諧振模式圖，選用了諧振腔TE10p的前五個(gè)模式，即p=1，2，3，4，5。在諧振腔微擾法的理論基礎(chǔ)上，將樣品放在TE10p(

4、p為奇數(shù))矩形諧振腔的中央，該點(diǎn)電場(chǎng)最強(qiáng)而磁場(chǎng)為零，這樣就可以獲得電效應(yīng)，用來(lái)測(cè)量介電常數(shù)；若將樣品放在TE10p(p為偶數(shù))諧振腔的中央，該點(diǎn)磁場(chǎng)最強(qiáng)而電場(chǎng)為零，這樣就可以獲得磁效應(yīng)，用來(lái)測(cè)量磁導(dǎo)率。本論文主要測(cè)量介質(zhì)材料的介電常數(shù)，所以只需要觀察動(dòng)態(tài)掃頻顯示的奇數(shù)模即可。 在以上的研究基礎(chǔ)上對(duì)樹枝的介電常數(shù)進(jìn)行測(cè)量，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行了討論，介電常數(shù)能部分反映生物的電磁特性。結(jié)果表明，本論文的測(cè)量系統(tǒng)是準(zhǔn)確的，測(cè)量的結(jié)果對(duì)研究樹木