時(shí)域1人工電磁材料在微波無源器件中的應(yīng)用.doc

電子科技大學(xué)標(biāo) 準(zhǔn) 實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告（實(shí)驗(yàn)）課程名稱 微波通信專業(yè)學(xué)位綜合實(shí)驗(yàn)2 實(shí)驗(yàn)名稱：人工電磁材料在微波無源器件中的應(yīng)用（時(shí)域）姓 名： 黃秋瑩學(xué) 號(hào)： 201622040443組 別： 時(shí)域7組同組成員： 指導(dǎo)教師：楊宏春實(shí)驗(yàn)時(shí)間：2016年9月實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)：科研樓707一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 了解人工電磁材料的設(shè)計(jì)方法及其應(yīng)用現(xiàn)狀;2 掌握人工電磁材料基本單元結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，并將這些單元結(jié)構(gòu)應(yīng)用到微波無源器件設(shè)計(jì)中；3 掌握微波器件主要參數(shù)的實(shí)驗(yàn)測試方法，熟練使用測試儀器。二 實(shí)驗(yàn)原理 人工電磁材料概述人工電磁材料通常是指自然界中不存在的，通過人工制造且具有天然材料所不具備的特殊電磁性質(zhì)的復(fù)合結(jié)構(gòu)或復(fù)合材料。廣義地，如果描述材料的一組主要參數(shù)中的一個(gè)或多個(gè)具有自然材料所不能達(dá)到的取值，且這些參數(shù)及其變化可以用來滿足人們的某種特殊電磁功能需求，那么，這些材料都可以成為人工電磁材料。例如，高介電常數(shù)(er102量級(jí))，適當(dāng)電導(dǎo)率(s104-1010)，電磁帶隙結(jié)構(gòu)(Electromagnetic Band Gap，EBG)，光子晶體(Photonic Band Gap，PBG)，負(fù)介電常數(shù)、正磁導(dǎo)率材料(Epsilon Negative Material，ENG)，正介電常數(shù)、負(fù)磁導(dǎo)率(Magnetic Negative Media，MNG)，左手材料(Double Negative Material，DNG)等等人工合成材料，都可以稱為人工電磁材料。人工電磁材料既可以是一種人工合成的確定材料(如高介電常數(shù)、適當(dāng)電導(dǎo)率材料等類型)，這些材料往往介電常數(shù)和電導(dǎo)率為正值，也稱DPS(Double Positive Material)材料；也可以是在自然材料基礎(chǔ)上，通過加工某種功能結(jié)構(gòu)，使其電磁帶隙、介電常數(shù)、磁導(dǎo)率等參數(shù)達(dá)到人們的某個(gè)預(yù)期取值，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)一些自然材料不能實(shí)現(xiàn)的功能。盡管人工電磁材料可以表現(xiàn)出各種各樣的功能特征，但從物理實(shí)質(zhì)上看，總是因?yàn)椴牧现形⒂^載流子運(yùn)動(dòng)環(huán)境(如勢(shì)場、能帶結(jié)構(gòu)、散射與復(fù)合機(jī)制等)發(fā)生了變化，或使得電磁波傳輸函數(shù)發(fā)生改變，而這些變化可以宏觀地歸結(jié)為材料的一個(gè)或多個(gè)統(tǒng)計(jì)參數(shù)發(fā)生了改變。因此，研究人工電磁材料的應(yīng)用，既可從分析載流子微觀運(yùn)動(dòng)規(guī)律的變化入手，也可從分析材料宏觀參數(shù)變化的影響因素的“唯象”研究方法著手。人工電磁材料在微波傳輸線1-2、微波器件3-8、天線、微波電路與系統(tǒng)中有重要應(yīng)用，也是近些年來無線通信技術(shù)中的熱點(diǎn)研究課題之一。人工電磁材料在微波器件小型化、電磁儲(chǔ)能、微波吸收、電磁隔離或?qū)ā㈦[身、定向天線、表面波抑制、負(fù)折射、微納光學(xué)、光通(阻)帶等許多高新技術(shù)領(lǐng)域都有重要應(yīng)用。二、實(shí)驗(yàn)測試 實(shí)驗(yàn)測試步驟(1) 實(shí)驗(yàn)儀器校準(zhǔn)與測試電路連接(a) 使用需防靜電的實(shí)驗(yàn)儀器時(shí)，應(yīng)穿戴好防靜電服和防靜電手套等，避免靜電對(duì)昂貴實(shí)驗(yàn)儀器的損毀；(b) 按射頻信源/脈沖電源，寬帶信號(hào)分析儀說明書校準(zhǔn)或歸零實(shí)驗(yàn)儀器；(c) 根據(jù)實(shí)驗(yàn)測試內(nèi)容，按圖1.8連接好實(shí)驗(yàn)測試電路；(d) 檢查實(shí)驗(yàn)儀器或測試電路的接地是否良好；(2) 信號(hào)源的頻譜測試(a) 按圖1.8a測試沖激信號(hào)頻譜時(shí)，應(yīng)首先測試環(huán)境噪聲信號(hào)頻譜，并記錄噪聲信號(hào)頻譜數(shù)據(jù)；(b) 按圖1.8a測試饋電信號(hào)頻譜，并記錄饋電信號(hào)頻譜測試數(shù)據(jù)；(c) 按圖1.8a試輸出信號(hào)頻譜，并記錄輸出信號(hào)頻譜測試數(shù)據(jù)；(3) 微波器件S參數(shù)測試(a) 按圖1.8b測試微波器件S參數(shù)時(shí)，應(yīng)首先測試環(huán)境噪聲信號(hào)波形參數(shù)，并做實(shí)驗(yàn)記錄；(b) 按圖1.8b測試微波器件S參數(shù)并記錄波形參數(shù)的數(shù)據(jù)和圖片文件；3、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 圖1 不同角度探針接收到的波形四、注意事項(xiàng)（1）一定按儀器使用說明書和電路連接與檢查步驟開展實(shí)驗(yàn)測試；（2）高峰值功率脈沖衰減器具有確定的輸入、輸出端口，不能連接錯(cuò)誤；（3）在不具備微波暗室實(shí)驗(yàn)測試條件時(shí)，要盡可能避免環(huán)境和測試人員對(duì)實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果的影響；（4）當(dāng)脈沖信號(hào)源峰值功率較大時(shí)，一定要在測試儀器之前加入衰減器。五、實(shí)驗(yàn)總結(jié) 本次實(shí)驗(yàn)測試了蝶形天線收發(fā)信號(hào)波形及頻譜，實(shí)驗(yàn)結(jié)論表明，該蝶形天線時(shí)域特性優(yōu)良，可以滿足寬帶脈沖系統(tǒng)的需求。由于實(shí)驗(yàn)條件所限，本次實(shí)驗(yàn)是在室內(nèi)進(jìn)行測試的，這必然會(huì)影響到實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。因此如果需要得到更好