實驗室裝置波導(dǎo)法測量介電常數(shù)演示文稿

實驗室裝置波導(dǎo)法測量介電常數(shù)演示文稿目前一頁\總數(shù)三十一頁\編于二十二點實驗室裝置波導(dǎo)法測量介電常數(shù)PPT目前二頁\總數(shù)三十一頁\編于二十二點自然界中大多數(shù)物質(zhì)在微波波段都呈現(xiàn)為有損耗的絕緣體，稱之為電介質(zhì)，簡稱介質(zhì)。介質(zhì)在電場的作用下都會發(fā)生極化現(xiàn)象，即介質(zhì)在外加電場的作用下其內(nèi)部的正負(fù)電荷向著相反方向發(fā)生微小位移，從而產(chǎn)生許多電偶極矩。介質(zhì)極化后在介質(zhì)內(nèi)部產(chǎn)生一個極化電場，這個電場的方向與外加電磁場的方向相反，大小與介質(zhì)的極化程度、物質(zhì)成分和物理狀態(tài)，外界溫度頻率等有關(guān)。介質(zhì)的介電常數(shù)定義為電通量D與外加電場強度E的比值，是一個用來衡量介質(zhì)中的電荷在外加電磁場作用下發(fā)生極化后的分布情況的一個常量介電常數(shù)目前三頁\總數(shù)三十一頁\編于二十二點

介電常數(shù)是一個由本身性質(zhì)和外界環(huán)境共同決定的反映介質(zhì)電特性的物理量。宏觀上反映介質(zhì)對電磁波輻射，散射，反射，吸收，傳輸?shù)忍匦?，微觀上反映物質(zhì)內(nèi)部化學(xué)和物理結(jié)構(gòu)。通過它將介質(zhì)極化的宏觀現(xiàn)象和介質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)聯(lián)系起來。目前四頁\總數(shù)三十一頁\編于二十二點物質(zhì)在靜電場中（無電磁波時）的介電常數(shù)是一個標(biāo)量，實數(shù)

物質(zhì)在交變電場中（有電磁波時）的介電常數(shù)是一個復(fù)數(shù)

介電常數(shù)的虛部反映波傳播的損耗，實部反映波傳播時狀態(tài)的改變，如相位，相速，波阻抗等的改變。目前五頁\總數(shù)三十一頁\編于二十二點介電常數(shù)測量方法傳輸線法－如波導(dǎo)法，同軸線，帶狀線

將被測介質(zhì)作為傳輸線的一部分，測量負(fù)載（被測介質(zhì)）在傳輸線（傳輸系統(tǒng)）上的行駐波分布，測量其駐波系數(shù)，波節(jié)點位置（相位），以此計算負(fù)載的反射系數(shù)，阻抗，網(wǎng)絡(luò)參量等，進(jìn)而實現(xiàn)其介電常數(shù)的反演

目前六頁\總數(shù)三十一頁\編于二十二點諧振腔法－將被測介質(zhì)放入諧振腔中，引起諧振頻率和品質(zhì)因數(shù)變化，其測得的變化值與介質(zhì)的介電常數(shù)有定量關(guān)系

自由空間波法－光學(xué)方法。通過測量介質(zhì)的折射率，得到其與介電常數(shù)的定量關(guān)系。目前七頁\總數(shù)三十一頁\編于二十二點波導(dǎo)傳輸/反射法NRW傳輸/反射法：將待測樣品作為二端口網(wǎng)絡(luò)，測量兩個端口的s參數(shù)，即s11，s21,s22，s12，然后根據(jù)測得的s參數(shù)算出介質(zhì)的介電常數(shù)該可以方法測量介質(zhì)復(fù)介電常數(shù)，適應(yīng)于同軸和波導(dǎo)系統(tǒng)，采用同軸線時傳輸波為TEM波，而波導(dǎo)系統(tǒng)中傳輸?shù)氖荰E10波。該方法的優(yōu)點是簡單且具有較的高精度，然而，該方法存在厚度諧振，多值，以及不易測量極薄材料等問題。目前八頁\總數(shù)三十一頁\編于二十二點目前九頁\總數(shù)三十一頁\編于二十二點CoaxialConverterWaveguideCoaxialVectorNetworkAnalyzersWave-guidemethoddielectricconstantmeasuringsystem目前十頁\總數(shù)三十一頁\編于二十二點ThePartsintheWave-guidemethoddielectricconstantmeasuringsystem目前十一頁\總數(shù)三十一頁\編于二十二點

同軸線校準(zhǔn)同軸波導(dǎo)校準(zhǔn)目前十二頁\總數(shù)三十一頁\編于二十二點一.矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀同軸線校準(zhǔn)打開矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，設(shè)置好掃描頻率（2－4G），點數(shù)（801），掃描時間（6ms）為了將測量的二端口網(wǎng)絡(luò)散射參數(shù)校準(zhǔn)到同軸線的端口，要先使用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的標(biāo)準(zhǔn)件（開路器，短路器，匹配負(fù)載，直通）和自帶的校準(zhǔn)程序進(jìn)行校準(zhǔn)目前十三頁\總數(shù)三十一頁\編于二十二點二.同軸波導(dǎo)校準(zhǔn)為了將同軸線兩端口的散射參數(shù)校準(zhǔn)到測量波導(dǎo)的兩個端面，需要進(jìn)行非標(biāo)準(zhǔn)件和自己編寫的校準(zhǔn)程序進(jìn)行同軸波導(dǎo)校準(zhǔn)將兩轉(zhuǎn)換頭波導(dǎo)口對接：記錄此時的s參數(shù)，記錄為‘thru.s2p’在轉(zhuǎn)換頭波導(dǎo)口接上短路板：記錄此時的s參數(shù)，記錄為‘short.s2p’將校準(zhǔn)用波導(dǎo)接在兩轉(zhuǎn)換器之間：記錄此時的s參數(shù)，記錄為‘line.s2p’將需要測量的對象接在轉(zhuǎn)換器之間：記錄此時的s參數(shù)導(dǎo)入校準(zhǔn)程序，得到測量波導(dǎo)兩個端面的s參數(shù)目前十四頁\總數(shù)三十一頁\編于二十二點目前十五頁\總數(shù)三十一頁\編于二十二點樣品端面S參數(shù)到介電常數(shù)的計算

表示待測樣品的傳輸系數(shù)

表示待測樣品的反射系數(shù)

s11、s22、s21、s12表示待測樣品的s參數(shù)

目前十六頁\總數(shù)三十一頁\編于二十二點推導(dǎo)一：介電常數(shù)一Zc，Z0分別表示樣品和空氣的特征阻抗；表示波導(dǎo)的截止波長，只與波導(dǎo)尺寸和傳輸波型相關(guān)；表示空氣中的工作波長，；c為光速常數(shù)；

目前十七頁\總數(shù)三十一頁\編于二十二點厚度諧振問題：對于某些頻點，即樣品長度正好是半個波導(dǎo)波長的整數(shù)倍。S11->0，K值具有極大不確定性，產(chǎn)生尖峰，即厚度諧振，為不確定值，需要去除。目前十八頁\總數(shù)三十一頁\編于二十二點推導(dǎo)二：介電常數(shù)二

表示樣品段傳播常數(shù)。

多值問題：由于n可能取多個不同的值，值存在多個值，因而得到的介電常數(shù)可能存在多值。目前十九頁\總數(shù)三十一頁\編于二十二點厚度諧振和多值問題的解決結(jié)合兩個推導(dǎo)公式分別計算介電常數(shù)一（有厚度諧振但是無多值問題），介電常數(shù)二（有多值問題但是無厚度諧振）。將介電常數(shù)二與介電常數(shù)一進(jìn)行比較，選取介電常數(shù)二中與介電常數(shù)一值范圍相近值為正確值。所得到的結(jié)果既避免了多值問題又避免了厚度諧振問題目前二十頁\總數(shù)三十一頁\編于二十二點干土的介電常數(shù)目前二十一頁\總數(shù)三十一頁\編于二十二點誤差分析及校正定位誤差信號傳輸方向上存在空氣段目前二十二頁\總數(shù)三十一頁\編于二十二點

定位誤差的校準(zhǔn)波導(dǎo)口處的s參數(shù)為，樣品兩端面的s參數(shù)為

為空氣段波導(dǎo)的傳播常數(shù)，放樣品的波導(dǎo)總長度為l，樣品厚度為d，l1和l2分別為兩個測量端面到樣品位置的長度，一般情況都將空波導(dǎo)當(dāng)作是理想傳輸線，即只存在相位的變化，而不會對信號產(chǎn)生衰減目前二十三頁\總數(shù)三十一頁\編于二十二點電長度l1和l2的計算

A為和的相位差目前二十四頁\總數(shù)三十一頁\編于二十二點間隙誤差波導(dǎo)壁存在空氣隙校正公式為其中是由測量數(shù)據(jù)中直接推導(dǎo)出來的值，表示修正以后的數(shù)值。表示窄邊樣品的高度，表示波導(dǎo)窄邊高度與樣品高度的差。

目前二十五頁\總數(shù)三十一頁\編于二十二點小結(jié)頻率，掃描點數(shù)，掃描時間設(shè)置同軸線校準(zhǔn)－矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀標(biāo)準(zhǔn)件校準(zhǔn)同軸波導(dǎo)校準(zhǔn)－非標(biāo)準(zhǔn)件校準(zhǔn)S參數(shù)到介電常數(shù)的計算定位誤差校正介電常數(shù)一和介電常數(shù)二間隙誤差校正目前二十六頁\總數(shù)三十一頁\編于二十二點

同軸探針法測量介電常數(shù)目前二十七頁\總數(shù)三十一頁\編于二十二點Coaxialprobepermittivitymeasurementsystem目前二十八頁\總數(shù)三十一頁\編于二十二點Coaxialprobepermittivitymeasurementsystem目前二十九頁\總數(shù)三十一頁\編于二十二點Coaxialprobepermitti