应用微波网络分析仪测量固态双复介质的电磁特性参数及其误差评估

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1、2001年8月磁性材料及器件69应用微波网络分析仪测量固态双复介质的电磁特性参数及其误差评估9汪忠柱9姚学标9胡国光9方以坤(安徽大学物理系9安徽合肥230039D摘要:介绍了应用微波网络分析仪测量固态双复介质的磁导率电容率(介电常数D和吸波特性的原理方法9分析了减小测量误差的基本条件G该方法具有样品易于制作测量简单准确9特别是能分析材料的吸波特性等优点G关键词:微波网络分析仪;电磁特性参数;测量误差中图分类号:TM936文献标识码:B其中P是在本征阻抗分别为Z和Z界面上0S1引言反射系数9T为样品中传输系数9当样品的近年来9随着吸波材料在微波通信微长度趋于无穷大(L-OD时9则有

2、波暗室抗电磁辐射和伤害微波加热以及ZS-Z0~/r/r-1电子对抗等领域中广泛应用9研究和开发在P==(2DZS+Z0实用的射频和微波频段中满足以上各种要~/r/r+1求的微波材料和吸波材料已成为一个重要T=GXP[-iw~/d]课题9决定材料电磁特性的复磁导率和复介w=GXP[-i~/rrd](3D电常数的准确测量更变得十分重要Gc式中9w为测量信号的角频率9/(=/和0/rD目前9已采用了很多方法[13]进行了这(=0rD分别为样品的磁导率和电容率9方面的测量9但均存在操作复杂样品尺寸/r和r就是要测定的复相对磁导率和复相要求苛刻精确度不高等不足之处G本文介绍的应用微波网络分析

3、仪的测量方法基本对电容率9c=1//为自由空间中光~0r可以克服上述缺点9同时还能与吸波材料和速9d为沿信号传播方向的样品介质长度G传输特性的测量分析联合使用9特别适合于上面就是测量的基本公式9通过测量兼备铁磁介电和金属特性即损耗较大的固S11(wD和S21(wD可由(1D式求出P和T9从态双复介质的测量G而可由(2D(3D式来计算/和由(2DrrG(3D式可得:2基本原理2/r1+P=(OD在理想情况下9考虑到被测样品安装在r(1-PD2空气介质的波导管中9其散射参量S11(wD211/rr=-A0ln(6D和S同反射系数P和传输系数T有如[2Md(TD]21(wD当利用波导样品活

4、塞进行测量时9由(OD式下关系:2和(6D式可得:(1-TDPS11(wD=22(1aD1-TP2(1-PDTS21(wD=22(1D1-TP9收稿日期:200011036OJmagnmaterDevicesVoL32No42料时波导波长G1urr1112=2-2=-Ln,/g[/O/c][2TCT>]3测试系统和测量方法式中,/223.1测量系统g=Re[1/~urr//O-1//c]G测量系统框图如图1所示,其中A~B1P所以,ur=C6)为安置被测样品用的波导活塞,分别为反射22/gC1-P)~1//O-1//c式和透射式测量之用,为平衡衰减器,用222T=C1//g1//c>/O/

5、urC7)作测量前校准调节G以上各式中,/为自由空间中波长,/为波Oc导的截止波长,/为波导内充满双复介质材g3.2测量方法可以定量测试材料的反射式或透射式吸收测量前,须将由同一信号源分成的测量衰减量G改变信号源的频率和材料涂层的厚信号和参考信号经过波导系统后进行校准,度,通过一系列测量,可以精确分析材料的即调准好两者的复比值作为标准参考值,包微波吸收特性G括幅值和相位两部分G测量时,矩形样品C对4测量误差的评估应于矩形波导)先后放置在波导活塞A和本测量方法中误差来源于测量系统~样B中,并测量来自被测样品的反射信号和传输信号同参考信号的幅值和相位的比较值,品同波导管间存在气隙~样品表面不平

6、整度由幅~相指示器先后提供精确的读数,它们以及高次激励等G由于形成这些误差模型的同标准参考值之差即为所要测量的复数型复杂性,这里仅能对测量系统的误差进行分散射参量S和S的幅值和相位G析,并讨论了减小测量误差所要求的最佳样11Cc)21Cc)品尺寸G最后将测量数据输入计算机中,按照ur和的计算公式所编排的程序进行复数运算4.1测量系统的误差r由于反射信号和透射信号在矩形波导并打印出结果G改变信号源的频率,按上述步管中传输必伴随一定损耗,因此系统误差取骤可测定u和虚部及实部的频谱Grr决于测量的S和S的幅值的误11Cc)21Cc)应当指出,在该测量方法中,对被测样差G对该测量系统中S和S的幅1

7、1Cc)21Cc)品只要求其横截面积恰好等于波导的横截值的误差,可应用波导理论推出[4]G本文中,面积,而对样品的长度不作特殊限制,故该方法中样品比较容易制作G此外,若将材料置于A处或者B中,则2001年8月磁性材料及器件61图2(MHZHCO)型复合铁氧体的E曲线2-Wrur~f我们通过计算机模拟方法即可得出S峰值频率分别对应电极化共振和自然共振11(G)和S的幅值的误差对u和E测量值的频率与文献[5]的结果相符合O