介质材料介电参数开口波导测量方法研究

【摘要】：在微波电路的设计与制造过程中，预先掌握相关介质材料的复介电常数是保证电路具有良好性能的前提。传统的测量复介电常数方法通常会对待测材料造成损坏，本文主要研究复介电常数的无损测量方法—开口波导法：将介质材料外贴于波导探头的终端开口处，通过测量反射系数，即可计算得到介质材料的复介电常数。 基于开口波导终端辐射导纳的变分表达式，应用波导理论和边界条件，推导出波导开口处的场分布，进而得到终端导纳与反射系数、终端导纳与复介电常数之间的函数关系式；由该函数关系式出发，应用高斯勒让德积分原理，黄金分割法和二次插值法等优化技术实现了反演算法，并结合实测反射系数，逆推得到复介电常数，从而构建出开口波导法完整的数学模型。利用AnsoftHFSS对模型进行仿真，仿真结果与理论值较好的吻合初步验证了模型的正确性与开口波导法的可行性，同时通过改变工作频率、材料厚度、介电常数、损耗角正切以及法兰大小全面分析各种因素的影响，讨论了开口波导法的适用范围。结果表明：本文所采用的开口波导测量算法对于一般损耗，大介电常数介质材料有着较好的精度。以此为依据，对某些材料进行了实际测量，试验结果表明：开口波导法设备简单，具有实时测量以及无损检测的优点。