散射求导电磁参数.docx

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1、散射参数反演材料电磁参数群延迟方法在无线电频率范围内测量材料的复介电性能因其应用广泛从而得到越来越多的重视，尤其是在我们很多熟知的研究领域，如材料科学，微波电路设计，吸收器开发，生物研究等。介电测量的重要性体现在它可以提供材料电或磁的特性，被证明是可用于众多多研究和发展领域。许多方法已被开发来测量这些复杂的属性，如在时域或频域的方法;单端口或双端口的测量方法，但每个方法都受限于特定频率的性质和应用程序制约因素。随着新技术的不断出现和发展，现在可以将使用矢量网络分析仪测量的反射和透射系数,通过适当的软件程序进行计算,将数据转换为复介电常数性能参数。矢量网

2、络分析仪是一类功能强大的仪器，正确使用时，可以达到极高的精度。它的应用也十分广泛，在很多行业都不可或缺，尤其对测量射频(RF)元件和设备的线性特性方面非常有用。现代网络分析仪还可用于更具体的应用，例如，信号完整性和材料测量。用户可轻松地将网络分析仪应用于设计验证和生产线测试中，而且现在矢量网络分析仪完全摆脱传统网络分析仪成本高、占地面积大的束缚。本论文目的是描述从使用网络分析仪测量出的S参数进行计算从而得出材料的电磁特性的一般程序。介电性能的测量包括测量材料的复数相对介电常数（r）和复数相对磁导率（

3、部是一个测量的材料从外部电场所获得能量储存在材料中的部分。虚部是损耗因子(理想无损材料为零)。它是衡量的是材料由于外部电场而导致的能量损失。ghost也被称为耗散因子。与之类似的复磁导率的实部表示材料在外部磁场中储存的能量，而虚部代表消散由于磁场的能量的量。以上的复磁导率的测量是只适用于磁性材料。大多数材料是非磁性的，因此，磁导率非常接近的真空磁导率。网络分析仪的功能之一就是量化两个射频元件间的阻抗不匹配，最大限度地提高功率效率和信号的完整性。每当射频信号由一个元件进入另一个时，总会有一部分信号被反射，一部分被传输。通过反射系数和传输系数，用户就可以更

4、深入地了解待测设备(DUT)的性能。根据能量守恒定律，被反射的信号和传输信号的能量总和等于原信号或入射信号的能量。反射系数(Î)和传输系数(T)分别对应反射信号和传输信号与入射信号之比。下图所示的是这两个矢量。现代网络分析通过散射参数或S-参数丰富了这一理论。S-参数是复矢量，它们代表了两个射频信号的比值。S-参数包含幅值和相位，对应笛卡尔坐标表示为实部和虚部。S-参数用Sxy表示，其中X代表被测量的DUT输出端，Y代表入射RF信号激励的DUT输入端。S11定义为端口1反射的能量与端口1入射信号之比。S21定义为通过DUT传输到端口2的能量与端口1的入

5、射信号之比。S11和S21为前向S-参数，这是因为入射信号来自端口1的射频源。对于端口2的入射源，S22为端口2反射的能量与端口2入射信号之比，S12为通过DUT传输到端口1的能量与端口2入射信号之比。它们都是反向S-参数。表征传输的S-参数，如S21，类似于增益、插入损耗、衰减等其它常见术语。表征反射的S-参数，如S11，对应于电压驻波比(VSWR)、回波损耗或反射系数。S-参数还具有其他优点。它们被广泛认可并应用于现代射频测量。对于互易网络，有：S12＝S21;对于对称网络，有：S11＝S22对于无耗网络，有：（S11）2＋（S12）2＝1；且S参

6、数可轻松转换成H、Z或其他参数。多个设备可进行S-参数级联，以生成综合结果。更重要的是，S参数用比率表示。因此，用户无需将入射源功率设置为某个绝对值。DUT的响应会反映输入信号的任何偏移，且当计算传输信号或反射信号与入射信号之比时，会对偏移进行补偿。网络分析仪有四个基本功能模块，如下图所示：通过S参数求导电磁参数目前方法比较多各有优缺点：测量方法试样所需S参数可得电磁参数传输/反射法T/R同轴，导波S11,S21Ԑr，μr开放端口探测液体，生物体，凝胶S11Ԑr，自由空间耐高温材料，气体，长直扁平固体材料S11,S21Ԑr，μr谐振方法液体，圆棍样固体

7、，导波频率，Q因子Ԑr，μr传输/反射线法是一种流行的宽带测量方法。在该方法中，只有基本波导模式（TEM模式在同轴线路和TE在波导模式）被假定为传播。 传输/反射线法的优点同轴线和波导通常用于测量中高损耗样品。可同时确定被测材料的介电常数和导磁率传输/反射线法的缺点由于空气间隙的存在，测量精度相对不高。当样品长度的半波长的倍数，气测量结果精度低。开放端口共轴探针法是一种非破坏性的方法，该方法假定只有TEM或TE模式传播。开放式同轴探针法的优点不需要加工样品，样品制备容易。仪器校准后，在很短的时间可测得大量的样品的介电性质。在温度严格控制的环境中，可进行

8、测定。开放式同轴探针法的缺点只能测得反射参数S11。由于空气间隙的存在，测量精度相对不高。 谐