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1、北京邮电大学测量介电常数方法的研究学院：电子工程学院班级：学号：姓名：摘要：介电常数测虽技术在民用，工业以及军事等各个领域应用广泛。木文主要对介电常数测量的常用方法进行了综合论述。北京邮电大学测量介电常数方法的研究学院：电子工程学院班级：学号：姓名：摘要：介电常数测虽技术在民用，工业以及军事等各个领域应用广泛。木文主要对介电常数测量的常用方法进行了综合论述。关键词：介电常'数；电磁波；测量；微波介质•弓I言微波介质材料已再雷达、电子对抗、遥控遥测、微波通信、卫星通信、导弹制导等领域得到了广泛的应用。介电常数是介质材料的重要微波参数
2、,在研制、生产和使川介质材料是，对具微波介电常数进行可靠准确的测量师必需的。测量介质材料的介电常数方法有很多，主要有集中电路法、传输线法、谐振法、自由空间波法。木文讨论了微波介质介电常数的测试方法和物理模型，并对模型进行了理论分析。给出了电磁波透过被测样晶材料的波长数计算式，解决了求解介电常数和磁导率的模糊性问题。电磁波少材料介质相互作用的时候，会发生反射，透射，散射等物理现象，通过测量研究这些现彖，可以获得介质的相关参数。从总体来说，目前测量介电常数的方法主要有集小电路法、传输线法、谐振法、自由空间波法等等。其中，传输线法、集中
3、电路法、谐振法等属于实验室测量方法，测量通常是在实验室中进行，要求具冇相应的样品采集技术。另外对于已知介电常数材料发泡后的介电常数通常用经验公式得到1•集中电路法集屮电路法是一种在低频段将有耗材料填充电容，利用电容各参数以及测量得到的导纳推出介电常数的一种方法。其原理公式为：其屮，Y为导纳，A为电容而积，d为极板间距离，亦为空气介电常数，3为角频率。为了测量导纳，通常用并联谐振冋路测出Q值（品质因数）和频率，进而推出介电常数。由于其最高频率会受到最小电感的限制，这种方法的最高频率一般是100MHZo最小电感一般为10nHz左右。如
4、果电感过小，高频段杂散电容影响太大。如果频率过高，则会形成驻波，改变谐振频率同时辐射损耗骤然增加。但这种方法并不适用于低损材料。因为这种方法能测得的Q值只有200左右，使用网络分析仪测得tan&也只在20“左右。这种方法不但准确度不高，而且只能测量较低频率，在现有通信应用要求下已不经常应用。2•传输线法传输线法是网络法的一种，是将介质置入测试系统适当位置作为单端口或双端口网络。双端口情况下，通过测量网络的s参数来得到微波的电磁参数。传输系数用匚表示为：（1严）占刃）严e（如）其屮，「表示空气样品的反射系数，丫为传播系数，I为样品长
5、度。反射系数可以表示为丄丄2丐2■亍[f)「1/J■1-2"2+£—僅、{/)其中fO是无样品时传输线的截止频率，对于TEM模传输线,f0=0o丫表示为CD£—2下Co1可以求出:=「+1>(勿/)$i-rBre(_2z，)其中几为反射系数。同时测虽:传输系数或者反射系数的相位和幅度，改变样品长度或者测量频率，测出这时的幅度响应，联立方程组就能够求出相对介电常数。单端口悄况下,通过测量复反射系数「來得到材料的复介电常数。因此帘见的方法有填充样品传输线段法、样站填充同轴线终端法和将样詁置于开口传输线终端测量的方法。第一种方法通
6、过改变样品氏度及测虽频率来测量幅度响应，求出Ero这种方法可以测得传输波和反射波极小点随样品长度及频率的变换，同时能够避免复超越方程和的迭代求解。但这一种方法仅限于低、中损耗介质，对于高损耗介质，样品中没有多次反射。传输线法适用于务较大的固体及液体，而对于E比较小的气体不太适丿IJ。2•频域传输法假设一平ifU电磁波Et二cos(wt・koz)垂肓入射到材料表曲，则只反射波与入射波分别为Er=TExcos(wt+koz),Et二TExcos(wt-kz)式子中，ko二wV£O
7、io,k二「二n-r)o/r)+r]o,T二2r
8、/r
9、
10、+r)o,no二彳隔，匸"元。由此可见，只需要测量出反射波与入射波就可以推到出介电常数。3•时域传输法将材料等效为一个无源性的网络h(t),给定输入激励脉冲信号s(t),测反射脉冲信号和透射脉冲信号分别为：R(t)=s(t)*h(t),T(t)=s(t)*h,(t)/Jt中h(t)是输入冲击脉冲产生的反射响应,F(t)为透射响应脉冲，因此同上述方法，只需要测量h(t咸者F(t)就可以推导出介电常数。4•噪声相关法：首先将介质材料等效为一个无源网络系统。制造一个噪声源，同时将噪声源产生的噪声分为两个支路，其中一支经过固定延时后为介
11、质相互作用，响应函数为h(t),另一支经过可变延时器。两支路产生的信号分别经过加法器，平方律器件和积分器件后输出。由此输出课计算岀噪声源的自相关两数机1⑴和两支路的互相关两数4)21(t),再经过傅里叶变换后就可以推导出介质的介电常数。5•谐振腔法
