復(fù)介電常數(shù)的微波測量方法研究.pdf

1、在微波頻段,準確獲知介質(zhì)材料的復(fù)介電常數(shù)是進行微波電路設(shè)計和科學研究的基礎(chǔ),因而,研究復(fù)介電常數(shù)的測量方法是非常有意義的課題。基于PCB(Printed CircuitBoard)技術(shù)的平面?zhèn)鬏斁€,如帶狀線、微帶線、共面波導(dǎo)等,具有體積小、重量輕、成本低以及易于共形等優(yōu)點,在微波電路領(lǐng)域占據(jù)著重要的位置。本文就是在此基礎(chǔ)上開展了關(guān)于復(fù)介電常數(shù)微波測量的相關(guān)研究工作。
　　 文章首先對利用平面?zhèn)鬏斁€結(jié)構(gòu)進行復(fù)介電常數(shù)測量的方法進行

2、了研究,這些方法大致可分成諧振法和非諧振法兩類。諧振法可以達到很高的測量精度,但測量帶寬很有限,只能在一系列諧振點處給出準確的測量值;而非諧振法可以實現(xiàn)寬頻帶測量,并且能夠?qū)崿F(xiàn)無損測量,特別適合于對生物組織復(fù)介電常數(shù)的測量?；诖?本文提出了三種不同的測量結(jié)構(gòu)。
　　 其一,分析了反射式非諧振測量方法,設(shè)計了基于基片集成波導(dǎo)(Substrate Integrated Waveguide,SIW)結(jié)構(gòu)的平面型測量探針,并利用靈敏度

3、分析法對測量探針結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化,加工制作了測量探針。文章對比了基于屏蔽的帶狀線結(jié)構(gòu)的平面型測量探針與SIW結(jié)構(gòu)的平面型測量探針,在相同尺寸下,仿真結(jié)果顯示,本文設(shè)計的SIW結(jié)構(gòu)的平面型探針具有更寬的測量帶寬,精度也更高。該探針可用于對生物組織復(fù)介電常數(shù)的測量。
　　 其二,設(shè)計了基于頻率選擇表面(frequency select surface,FSS)的諧振測量結(jié)構(gòu),該平面諧振電路(FSS)橫向置于矩形波導(dǎo)中,待測樣品緊貼FS

4、S自由邊放置。研究了參數(shù)提取方法,通過測量加載樣品前后頻率偏移與損耗衰減情況來計算待測樣品的復(fù)介電常數(shù)。該方法僅需要幅度測量,不需要復(fù)雜的相位測量,降低了對測試設(shè)備的要求,而且能夠給出很高的測量精度。由于受到矩形波導(dǎo)通帶寬度的限制和樣品厚度的影響,該結(jié)構(gòu)對可測量的介電常數(shù)的大小有一定限制。
　　 其三,研究了介電常數(shù)接近于零(epsilon-near-zero,ENZ)的人工材料,并分別用矩形波導(dǎo)和SIW實現(xiàn)ENZ材料特性。設(shè)計