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微波毫米波测试技术及仪器发展动态-下多功能多参数综合测试系统弓形框测试系统传输线测量方法材料测试系统微波介质材料测量技术l微波介质材料的应用l微波介质材料的种类:(1)低耗和吸波材料 (2)电介质和非电介质材料 (3)低介电常数和高介电常数材料 (4)不同的外形结构材料l介质材料测试的重要性测试方法的分类l传输法传输法l谐振法谐振法p 传输法传输法主要包括波导法、同轴线法、带状线传输法、自由空间法以及传输线终端加载法l 主要优点：测试频带宽,可测试电磁参数,适于高损耗材料的测试l 主要缺点：对低损耗材料的损耗测试误差较大 测试方法的分类测试方法的分类p 谐振法谐振法主要包括高Q腔法、矩形腔法、微带谐振器法、带状线谐振器法、超导腔法、介质谐振器法、谐振腔微扰法等l 主要优点：测试准确度高,特别适合于低损耗材料的测试l 主要缺点：测试频带窄,不能同时测试电磁参数测试方法的分类测试方法的分类 传输法是将被测材料置入测试装置中，将其作为双口网络，测量此双口网络S参数，从而推算出微波的材料参数 也可将被测材料置入传输线终端作为单口网络，并对复反射系数进行测量，从而推算出被测材料的复介电常数 传输法测量传输法测量波导、同轴线和带状线传输法传输线终端加载法自由空间法几种常见方法：几种常见方法：波导、同轴线和带状线传输法 波导、同轴线和带状线三种传输测试方法均属于闭场测试方法 被测材料可构成双端口网络散射参数，可同时测出被测材料的复介电参数和复导磁率传输法测量传输法测量传输法测量传输法测量 l 将被测样品加工成可嵌入波导或同轴线内填满终将被测样品加工成可嵌入波导或同轴线内填满终端，然后终端用金属片短路，这样就构成了传输线端，然后终端用金属片短路，这样就构成了传输线终端加载法终端加载法l 将较大面积的片状介质材料放置在同轴或波导端将较大面积的片状介质材料放置在同轴或波导端口外进行测量口外进行测量利用传输线入射的波经被测介质反射后对复反射系利用传输线入射的波经被测介质反射后对复反射系数数进行检测，可推算出被测材料的复介电常数。进行检测，可推算出被测材料的复介电常数。该方法可进行无损测量，但对低耗材料的损耗测量该方法可进行无损测量，但对低耗材料的损耗测量误差较大误差较大传输线终端加载法传输法测量传输法测量传输法测量传输法测量传输法测量传输法测量开口同轴探头结构示意图开口同轴探头结构示意图FDTD法网络划分法网络划分开口同轴法测量系统开口同轴法测量系统 自自由由空空间间测测试试法法属属于于开开场场测测量量方方法法,它它具具有有如如下下优点：优点：1 1）因因为为所所采采用用的的电电磁磁波波为为线线极极化化平平面面波波，所所以以可对材料进行取向测试；可对材料进行取向测试；2 2）可可实实现现对对介介质质材材料料复复介电常数的宽频带测量；介电常数的宽频带测量；3 3）在在某某些些场场合合可可完完成成非非损伤测试损伤测试自由空间法传输法测量传输法测量传输法测量传输法测量自由空间法谐谐振振法法是是通通过过测测试试谐谐振振腔腔（器器）的的谐谐振振频频率率和和固固有有品品质质因因数数，从从而而计计算算出出介介质质材材料料的的微微波波复复介介电电常数常数谐谐振振法法在在测测试试准准确确度度方方面面，尤尤其其是是低低耗耗材材料料的的损损耗测试方面，比起传输要好得多耗测试方面，比起传输要好得多对对于于高高损损耗耗介介质质材材料料，谐谐振振法法难难以以找找到到谐谐振振峰峰，所所以以只只能能对对低低耗耗材材料料进进行行测测量量，而而且且测测试试往往往往是是在某一个频率点进行，从而限制了它的测试频带在某一个频率点进行，从而限制了它的测试频带近近年年来来，为为了了弥弥补补它它的的不不足足，往往往往采采用用多多模模技技术术以扩展其测试频带以扩展其测试频带谐振法测量谐振法测量常见方法：圆柱形高圆柱形高Q Q腔法腔法矩形腔法矩形腔法微带谐振器法微带谐振器法带状线谐振器法带状线谐振器法超导腔法超导腔法介质谐振器法介质谐振器法 谐振腔微扰法谐振腔微扰法谐振法测量谐振法测量 圆柱形高Q腔法谐振法测量谐振法测量标准高Q腔法采用圆柱形谐振腔的TE01p模，被测样品加工成圆圆片片状状置入腔内，在测得谐振腔加载前后的谐振频率和固有品质因数后，可得介质材料的微波复介电常数该方法由于利用了腔的高Q值和被测样品重加载，测试准确度较高，往往在国家计量部门作为计量标准电子科技大学采用一腔多模配合模式的自动识别和搜索技术，形成了宽频带圆柱形高Q腔法。分别运用多个谐振模式测试了多种材料，在宽频带下达到了满意的测试精确度谐振法测量谐振法测量由由块块状状被被测测样样品品填填充充矩矩形形腔腔，矩矩形形腔腔的的横横向向尺尺寸寸与与介介质质大大小小一一样样，而而纵纵向向为部分填充，工作模式通常取为部分填充，工作模式通常取TETE10p10p10p10p模模谐振法测量谐振法测量矩形腔法微微带带谐谐振振器器法法通通常常将将被被测测介介质质作作为为环环状状微微带带谐谐振振器器的的衬衬底底，对对其其谐谐振振频频率率和和Q值进行测量，可求得复介电常数值进行测量，可求得复介电常数谐振法测量谐振法测量微带谐振器法 带带带带状状状状线线线线谐谐谐谐振振振振器器器器法法法法通通通通常常常常将将将将被被被被测测测测基基基基片片片片作作作作为为为为带带带带状状状状线线线线谐谐谐谐振振振振器器器器的的的的衬衬衬衬底底底底材材材材料料料料。当当当当谐谐谐谐振振振振器器器器谐谐谐谐振振振振时时时时，对对对对谐谐谐谐振振振振器器器器进进进进行行行行测测测测量量量量可可可可测测测测得得得得其其其其复复复复介介介介电电电电常常常常数数数数。该该该该方方方方法法法法十十十十分分分分适适适适合合合合用用用用于于于于对对对对微微微微波波波波集集集集成成成成电电电电路路路路基基基基片片片片复复复复介介介介电电电电常常常常数数数数的的的的测测测测量量量量 电电电电子子子子科科科科技技技技大大大大学学学学已已已已建建建建立立立立了了了了该该该该系系系系统统统统。采采采采用用用用同同同同轴轴轴轴线线线线通通通通过过过过空空空空气气气气隙隙隙隙与与与与带带带带状状状状线线线线谐谐谐谐振振振振器器器器进进进进行行行行耦耦耦耦合合合合的的的的方方方方法法法法，成成成成功功功功抑抑抑抑制制制制了了了了当当当当r r r r增增增增大大大大时时时时出出出出现现现现的的的的杂杂杂杂模模模模，使使使使r r r r的的的的测试范围大大拓宽，且有满意的测试精确度测试范围大大拓宽，且有满意的测试精确度测试范围大大拓宽，且有满意的测试精确度测试范围大大拓宽，且有满意的测试精确度谐振法测量谐振法测量带状线谐振器法超超导导腔腔法法是是利利用用当当测测试试腔腔置置入入低低温温环环境境下下其其微微波波表表面面电电阻阻低低，Q Q 值值高高的的特特点点对对介介质质材材料料的的复复介介电电常常数数进进行行测测量量，因因为为它它的的Q Q 值值较较常常规规腔腔高高得得多多，所所以以它尤其适用于对较低损耗材料的测量。它尤其适用于对较低损耗材料的测量。超导腔法谐振法测量谐振法测量 将圆柱形高介电常数、低损耗的被测介质置将圆柱形高介电常数、低损耗的被测介质置将圆柱形高介电常数、低损耗的被测介质置将圆柱形高介电常数、低损耗的被测介质置入两金属板之间以构成谐振器进行测量的方法入两金属板之间以构成谐振器进行测量的方法入两金属板之间以构成谐振器进行测量的方法入两金属板之间以构成谐振器进行测量的方法,其测试的准确度较高。这种方法对测高介电常数其测试的准确度较高。这种方法对测高介电常数其测试的准确度较高。这种方法对测高介电常数其测试的准确度较高。这种方法对测高介电常数的介质材料，目前仍为最有效的方法。的介质材料，目前仍为最有效的方法。的介质材料，目前仍为最有效的方法。的介质材料，目前仍为最有效的方法。电子科技大学设计了一套介质谐振器测试系电子科技大学设计了一套介质谐振器测试系电子科技大学设计了一套介质谐振器测试系电子科技大学设计了一套介质谐振器测试系统，实现了在宽频带的频率范围内复介电常数频统，实现了在宽频带的频率范围内复介电常数频统，实现了在宽频带的频率范围内复介电常数频统，实现了在宽频带的频率范围内复介电常数频率特性的测量。率特性的测量。率特性的测量。率特性的测量。介质谐振器法 谐振法测量谐振法测量 采用较小介电常数的被测介质材料置入谐振采用较小介电常数的被测介质材料置入谐振采用较小介电常数的被测介质材料置入谐振采用较小介电常数的被测介质材料置入谐振腔，对腔内场进行微小的扰动，通过对谐振频率腔，对腔内场进行微小的扰动，通过对谐振频率腔，对腔内场进行微小的扰动，通过对谐振频率腔，对腔内场进行微小的扰动，通过对谐振频率进行测量，可得介质材料的复介电常数。但微扰进行测量，可得介质材料的复介电常数。但微扰进行测量，可得介质材料的复介电常数。但微扰进行测量，可得介质材料的复介电常数。但微扰较大时，将会出现较大的测试误差。微扰法主要较大时，将会出现较大的测试误差。微扰法主要较大时，将会出现较大的测试误差。微扰法主要较大时，将会出现较大的测试误差。微扰法主要有有有有TMTMTMTM0n00n00n00n0的圆柱腔微扰法和的圆柱腔微扰法和的圆柱腔微扰法和的圆柱腔微扰法和TETETETE10p10p10p10p的矩形腔微扰法。的矩形腔微扰法。的矩形腔微扰法。的矩形腔微扰法。电子科技大学已建立了上述两种测试系统电子科技大学已建立了上述两种测试系统电子科技大学已建立了上述两种测试系统电子科技大学已建立了上述两种测试系统,对低介电常数材料进行了迅速、准确的测量。对低介电常数材料进行了迅速、准确的测量。对低介电常数材料进行了迅速、准确的测量。对低介电常数材料进行了迅速、准确的测量。谐振腔微扰法谐振法测量谐振法测量 由由于于被被测测介介质质材材料料的的外外形形尺尺寸寸、电电气气特特性性、物物理理状状态态、测测试试频频段段不不同同，所所采采取取的测试方法也不同。的测试方法也不同。所所有有的的测测试试方方法法均均可可采采用用微微波波矢矢量量网网络络分分析析仪仪并并配配上上适适当当的的测测试试装装置置进进行行测测试试，部部分分的的测测试试方方法法可可采采用用微微波波标标量量网网络络分分析析仪并配上适当的测试装置进行测试。仪并配上适当的测试装置进行测试。微波介质材料测量的新动向微波介质材料测量的新动向l高介电常数低损耗介质薄膜的测量高介电常数低损耗介质薄膜的测量l各向异性吸波介质薄膜材料的测量各向异性吸波介质薄膜材料的测量l超高温低损耗介质材料的测量超高温低损耗介质材料的测量结束语结束语谢谢大家聆听！谢谢大家聆听！34