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测量微波材料介电常数的新方法研究

作　者: 任维赫
导　师: 王政平
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 光学
关键词: 复介电常数异向介质自由空间法测试实验系统
分类号: O441.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 21次
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内容摘要

材料性能的检测与测量是材料学领域不可或缺的一部分。随着新媒质的不断出现,为了能准确地测试其特性,需要不断改进与创新出新的测量方法。近些年,一种被称为“左手材料”(left-handed materials, LHMs)的人工材料在国际材料科学、光学和应用电磁学领域内获得越来越多的青睐,对其的研究正呈现迅猛增长的趋势。因其特殊的电磁特性即当ε与μ同时为负时,电场、磁场和波矢量之间构成左手关系,使得电磁波在此类型媒质中传播呈现不同于传统媒质的现象。因此本文首先对传统介质情况下测试介质微波电磁参数基本现状出发,对不同测试方法进行比较与分析,获得各方法的优缺点与适用范围。在此基础上,通过对麦克斯韦方程组和左手媒质的本构方程的理论推导,得到了左手媒质中电磁波的传播特性。而后根据左手媒质的特点,结合课题需要提出了在自由空间法的基础上测试左手材料介电常数的新方法,并对测试方案的全过程进行系统理论分析,又推导出待测材料介电常数与S参量的幅度与相位之间的表达式。利用教研室已有设备和现有条件,对测试系统进行搭建、TRL校准、实验测量以及matlab软件模拟计算等研究。本文描述的测试系统是由喇叭天线、模式转换器、矢量网络分析仪、精密传动与测距系统、激光校准器和吸波片组成。其中矢量网络分析仪型号是安立37347d。整个测试过程是在微波暗室中进行。根据微波暗室条件下对聚四氟乙烯和环氧树脂的实验结果表明：此测试材料介电常数的新方法理论具有可行性和可靠性。

全文目录

摘要 5-6Abstract 6-9第1章绪论 9-16 1.1 研究背景 9 1.2 现有介质微波段电磁参量测试技术 9-13 1.2.1 传输反射法 10-11 1.2.2 谐振法 11-12 1.2.3 自由空间法 12 1.2.4 时域测量法 12-13 1.3 新型异向介质材料的研究进展 13-14 1.3.1 异向介质的特性 13-14 1.3.2 异向介质的研究应用 14 1.4 本文的目的、意义和内容 14-15 1.5 本章小结 15-16第2章介质微波电磁参量测量理论研究 16-20 2.1 基本测量方法 16-17 2.2 自由空间法发展状况 17-18 2.3 原有方法的不足 18-19 2.3.1 表面反射波的影响 18 2.3.2 绕射问题的影响 18-19 2.3.3 测量材料不同轴向的介电常数 19 2.4 本章小结 19-20第3章异向介质的理论基础与特性 20-26 3.1 异向介质的基本性质 20-21 3.1.1 电场、磁场和波矢关系 20 3.1.2 负折射特性 20-21 3.2 异向介质的电磁特性 21-24 3.2.1 逆Snell折射 22-23 3.2.2 逆Doppler效应 23 3.2.3 逆Cerenkov效应 23-24 3.3 异向介质的种类 24-25 3.4 本章小结 25-26第4章测量系统理论 26-44 4.1 测量原理 26-29 4.1.1 电磁波在常规介质中的传播 26-28 4.1.2 电磁波在异向介质中的传播 28 4.1.3 折射波的传播方向 28-29 4.2 对测量过程的理论描述 29-37 4.2.1 电磁波的透、反射过程 30-33 4.2.2 电磁波在介质中传播过程 33-34 4.2.3 电磁波在介质中全反射过程 34-37 4.3 理论分析的结论 37-39 4.4 微波网络理论 39-42 4.4.1 二端口微波网络及各基本参数定义 39-40 4.4.2 S参量与E的关系 40-42 4.5 本章小结 42-44第5章实验结果与分析 44-56 5.1 实验系统 44-48 5.1.1 实验设备 45-48 5.1.2 待测材料 48 5.2 实验过程 48-55 5.2.1 TRL校准 49-53 5.2.2 几点注意事项 53-54 5.2.3 实验步骤与测量 54 5.2.4 实验结果与分析 54-55 5.3 本章小结 55-56结论 56-57参考文献 57-64攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果 64-65致谢 65

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