用自由空间法测试介质电磁参数_唐宗熙

第1期2006年1月电 子 学 报ACTAELECTRONICASINICAVo.l34 No.1

Jan. 2006

用自由空间法测试介质电磁参数

唐宗熙,张 彪

(电子科技大学电子工程学院,四川成都610054)

摘 要: 提出了一种测试介质材料微波复介电常数和复磁导率的新方法;建立了测试方法的物理模型;通过理

论分析,获得了求解被测材料微波电磁参数的计算表达式;研制了测试装置和测试系统,讨论了用于测试系统的校准方法和提高测试准确度的时域门技术.在8~12GHz的频带范围内,对多种介质材料进行了实测,结果表明,本文提出的测试方法和研制的测试系统是正确可靠的,具有实用价值.

关键词: 微波;介质;复介电常数;复磁导率;测量

中图分类号: TM934172 文献标识码: A 文章编号: 0372-2112(2006)01-0189-04

Free-SpaceMeasurementofComplexPermittivityandComplexPermeabilityofMedium

TANGZong-x,iZHANGBiao

(CollegeofElectronicEngineering,UniversityofElectronicScienceandTechnologyofChina,Chengdu,Sichuan610054,China)

Abstract: Anewmethodispresentedtodeterminethecomplexpermittivityandcomplexpermeabilityofelec-tromagneticmediumatmicrowavefrequencies.Thephysicalmodelofthemethodissetup,andtheformulasforcalcu-lationofthemicrowaveparametersofthematerialsareobtainedbytheoreticalanalysis.Thetestsetupandtestsystemaredeveloped,andthetmie-domaingatingtechniqueandthecalibrationtechniquearediscussed.Severalmaterialsweremeasuredinthefrequencyrangeof8~12GHz,andtheresultsindicatethatthetestmethodandsystemarecor-rec,treliableandpractica.l

Keywords: microwave;medium;complexpermittivity;complexpermeability;measurement

1 引言

微波介质材料作为电磁波传播媒质已广泛用于微波

领域中.微波介质材料的电磁参数(即复介电常数和复磁导率)是表征其微波性能的、十分重要的基本参数,它体现了材料对电磁波的作用.在研制、生产和使用微波介质材料时,准确地测试其微波电磁参数是必须的.

微波介质材料的电磁参数通常采用传输法进行测试.

[1][2][3,4]

常见的传输法有带状线法、同轴线法、矩形波导法

[5~10]

和自由空间法等.由于同轴线法和矩形波导法等闭场法要求待测的材料样品与同轴线或矩形波导的横向尺寸紧密配合,这给实际加工和测试带来了困难.若所测的样品与同轴线或矩形波导的配合存在间隙,必然会给测试带

[10]

来较大的测试误差,而自由空间法不会出现类似的问题.文献[5~10]均采用自由空间法对微波介质材料的电参数或电磁参数进行了测试研究,所讨论的测试方法均有各自的特点和适用范围,所测试的样品材料均为板状.然而,通过机械加工的板状样品材料,其厚度均匀性虽然容易得到满足,但因板面较大,加工后的样品往往呈现微小

收稿日期:2005-02-21;修回日期:2005-07-16

的弯曲状,其平面度不易得到满足.平面度的不理想对散

射参数S21的测试误差影响较小,而对散射参数S11的测试影响较大,从而给材料的电磁参数带来较大的测试误差.文献[10]采用自由空间法对弯曲的板状介质材料进行了测试研究,从实验上探讨了S11和S21对测试结果的影响,从而证实了上述结论.所以,该文献仅用S21来测试弯曲板状电介质材料的介电常数,未能测得材料的磁参数.为了同时解决准确测试介质材料的电磁参数问题,且考虑到多数加工成型的板状样品材料朝某一面有微小弯曲的特征,本文提出了一种新的测试方案,从而解决了这一问题,即在测得S21后,将带有微小弯曲板状样品的凸面背靠平面度、光洁度和机械强度都较高的良导金属短路板,用紧固螺钉在短路板四角上将样品紧压在正方形的金属样品框上,框内样品的另一面面对空气,电磁波在此面进行入射和反射,然后完成对S11的测试.由于金属板平面度、光洁度和机械强度较高,且加有一定的压力,所以带有微小弯曲的板状材料被压平,从而满足了准确测试S11对样品的平面度的要求.在测得复数的S21和短路情况下的S11后,采用推得的公式,就可以算出被测材料的电磁参数.