介电参数变温测试技术研究

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微波介质材料广泛应用于通信、电子、医疗和家电等行业的各种设备中,复介电参数是各种微波应用中最主要的选材依据之一,又因为许多设备、器件和材料在应用过程中需要在温度变化的环境下工作,因此如何准确测量材料在不同温度下的复介电参数是一个具有重要意义的研究课题。通常认为谐振腔微扰法是目前精度最高的介电参数测量方法,但由于它在推导的过程中提出了两个假设,为满足这两个假设的合理性,它常被认为只能用来测量低介电常数和低损耗、且体积很小的介质材料,存在一定的局限性。本文首先分析了目前已有的几种复介电常数测量方式及它们的优缺点,紧接着讨论了测量微波材料在不同温度下复介电参数的意义,并介绍了国内外的研究进展。之后简述了本论文的相关基础理论,包括电介质理论、波导理论和谐振腔理论,以此为基础,阐述了微扰法测复介电参数的基本原理,传统微扰理论中认为样品加载前后腔体内的电场不发生变化,本论文摒弃了这一假设,提出了考虑样品加载后的电场变化的新的物理模型,并以方形样品为例,推导出了新的微扰公式,通过仿真与实验的双重验证了理论的正确性,相较于传统理论中的公式,修正后公式的精度和测量范围都有较大幅度的提升。之后设计并搭建了用于测量材料在不同温度下复介电参数的自动化变温测试系统。它通过编写好的labview程序,可以控制矢量网络分析仪进行自动测量,通过FPGA程序,可以控制电动推杆定时推动待测材料,之后通过统一系统各部分的工作周期,实现材料复介电参数的自动化测量和数据采集。最终利用C++编写好的数据处理程序,可以批量处理实验数据,得到温度和复介电参数实部与虚部的对应关系。最后利用本文所设计的自动化变温测试系统对陶瓷材料进行测试,得到了材料在室温到560℃温度范围内复介电参数随温度的变化情况,并讨论了实验过程中的不足,对实验造成的误差进行了分析。
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