测量微波材料介电常数的新方法研究

• 作 者: 任维赫
• 发表日期: 2011年期
• 关键词: 复介电常数 异向介质 自由空间法 测试实验系统

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。