透波介质材料的介电性能及测试方法_于技强
透波材料高Q腔法复介电常数变温测试技术的研究的开题报告
透波材料高Q腔法复介电常数变温测试技术的研究的开题报告一、研究背景及意义随着无线通信技术的迅猛发展，人们对于高频信号传输的要求越来越高。
在高频电路设计中，复介电常数是一个非常重要的参数，它直接影响着信号的传输及衰减。
因此，准确地测试复介电常数对于高频电路设计具有非常重要的意义。
目前，常用的复介电常数测试方法主要有谐振腔法、方法、时间域反射法等，但这些方法都存在一定的局限性，例如测试结果受温度影响较大、精度不高等问题。
为了解决这些问题，研究人员提出了基于高Q 腔的复介电常数测试方法。
该方法的基本原理为：利用高Q腔的失谐频率随着材料介电常数的变化而变化的特点，通过测量高Q腔的频率变化来计算材料的复介电常数。
该方法不仅测量精度较高，且受温度影响较小，可以有效地解决复介电常数测试中存在的问题。
因此，本研究拟开展透波材料高Q腔法复介电常数变温测试技术的研究，旨在探索一种准确、稳定的复介电常数测试方法，为高频电路设计提供更可靠的参考。
二、研究内容1. 研究高Q腔法测试复介电常数的基本原理和方法；2. 设计适用于高Q腔法测试的特制高Q腔；3. 制备透波材料样品，采用高Q腔法测试其复介电常数；4. 研究复介电常数随温度变化的规律，建立复介电常数变温测试模型；5. 分析测试结果的测量精度和可靠性。
三、预期成果1. 探索一种新的、高精度的透波材料复介电常数测试方法；2. 设计并制备出一个适用于高Q腔法测试的特制高Q腔；3. 研究复介电常数随温度变化的规律，建立复介电常数变温测试模型；4. 验证测试方法的准确性和可行性，为高频电路设计提供可靠的复介电常数数据参考。
四、研究方法及技术路线1. 调研和总结高Q腔法复介电常数测试的理论和方法；2. 设计并制作高Q腔样品，测量其基本参数；3. 制备不同介电常数的透波材料样品，通过高Q腔法测试其复介电常数；4. 统计并分析数据，分析复介电常数随温度变化的规律；5. 建立复介电常数变温测试模型，并验证测试结果的准确性。
最新透波材料介绍
最新透波材料介绍透波材料介纟⼀、透波材料：能透过电磁波且⼏乎不改变电磁波的性质(包括能量)的材料我们以不同性能的⾼分⼦材料为基体，通过填充、共混微波陶瓷介质和复合纤维等⼿段，在保证材料有良好承受机械⼒和苴它性能的同时，调巧材料的介电常数和耗散因数，得到透波率能够满⾜我们的使⽤要求的复合材料。
在实际运⽤中，介电常数和耗散因数是衡屋透波材料透波能⼒的两个重要指标，根据透波材料的使⽤环境，还需要考虑除透波率外的其它性能，如长时间的耐髙温性能、髙刚性、尺⼨稳泄、阻燃、韧性、化学腐蚀、耐磨、⾃润滑、耐⽼化等。
⼆、应⽤：隐⾝技术：避免⼊射电磁波⼤虽反射，从⽽避开敌⽅雷达的探测：⽆线电领域：利于微波-亳⽶波信号的接收、传输、放⼤、混频、发射等许多环节；1、雷达罩和天线罩应⽤：为保证?雷达或天线在各种复杂环境中的正常使⽤，雷达罩或天线罩⽤复合材料必须具备⽐强度髙、透波率髙等性能，同时在设计上也需要考虑良好的防振动和抗⽼化能⼒。
A、我们具有国内先进的透波率(90%-99%)改性复合材料的电性能设计能⼒和经验：B、透波材料的低介电常数和低介质损耗是满⾜其使⽤要求的必要条件：C、拥有髙耗敬因数的材料不仅对⽆线电传输不利，同时会将电磁能转换为不利的热能。
其技术难点主要是材料的透波率，长时间的交替耐髙、低温性能，户外⽼化等。
1)⽓象雷达罩2)薄壁结构地⽽天线罩3)移动通讯基站天线罩4)车载天线罩5)各种天线包封三、其它知识吸波材料是⼀种能将电磁能转化为其它形式的能疑或使电磁波因⼲涉⽽消失，从⽽达到吸波的⽬的。
1、⽬前各国军事上的隐⾝技术，主要就是使⽤各种吸波、透波材料，实现对雷达的隐形；采⽤红外遮挡与衰减装置、涂敷红外掩饰涂料等，以降低红外辐射强度，实现对红外探测器的隐⾝。
2、在可见光隐形上，⽬前的办法只是在兵器的表⽽涂抹迷彩，降低兵器与背景之间的反差，或歪曲兵器的外形等初级的⽅法。
另外由于碳纳⽶管的微波吸收性能，碳纳⽶管也可以作为吸收剂，制成隐形材料。
介电强度的测试
介电强度测试的影响因素
• 电压波形及电压作用时间影响 材料在电场作用下，单位时间产生的热量为QF介质 散发出去的热量为Qs，当QF略大时就产生热不平衡， 进而介质温度升高,最后发生击穿。因此, 可根据极 限条件QF＝QS来求得热击穿电压VB：
当电压频率增加时值要下降，当波形失真大时，—般 都会有高次谐波出现，这样会使VB降低，因此必须 限制这个量。
Eb＝Ub/h. Eb表征了材料所能承受的最大电场强度，是高聚物 绝缘材料的一项重要指标。聚合物绝缘材料的 Eb 一 般为107V/cm左右。 耐电压 在规定的试验条件下,对试验施加规定的电压及 时间,试样不被击穿所能承受的最高电压。
塑料的电击穿机理
问题复杂---介电击穿机理可分为本征击穿（电击 穿）、热击穿、化学击穿、放电击穿等，往往是多种 机理综合发生。通常把不随温度变化的击穿称为电击 穿，把随温度变化的击穿称为热击穿 • 热击穿 外部表现是介电强度随温度升高而迅速下降； 与电压作用的长短有关；与电场畸变及周围介质的电 性能关系不大；击穿点多发生在电极内部。 介质在电场中产生的热量大于它能散发的热量．使其 内部温度不断升高。温度升高导致其电阻下降，流经 试样电流增大．产生的热量更多，如此循环不已，致 使介质转变为另一种聚集态，失去耐电压能力,材料被 破坏。
塑料的电击穿机理
• 电击穿 特点是介电强度受温度的影响不大；电作用 时间对结果无影响；与周围介质的电性能有关；击穿 点常常出现在电极边缘其至电极以外。 在固体介质中，总有一些自由电子存在,它们在外电场 作用下被加速而撞击中性原子,致使原子电离，在这种 作用继续下造成材料击穿. 一般来说，工作温度高散热条件差，介质电导及损耗 大的材料．发生热击穿的几率高。
介电强度的测试
电介质陶瓷材料的介电性能测试及性能优化
电介质陶瓷材料的介电性能测试及性能优化介电性能是电介质陶瓷材料的关键物理特性之一。
它衡量了材料在电场作用下的响应能力和电介质材料在电场中存储电能的能力。
了解和优化电介质材料的介电性能对于研发高性能电子器件，如电容器和电子陶瓷元件，具有重要意义。
本文将讨论电介质陶瓷材料的介电性能测试以及性能优化方法。
首先，介电性能测试是评估电介质陶瓷材料性能的关键步骤。
常用的测试方法包括介电常数（εr）和介电损耗（tanδ）的测量。
介电常数是材料在电场中存储电能的能力的衡量，它指示了材料对电场的响应程度。
介电损耗则表示了材料在电场中能量损失的程度。
这两个参数通常使用电桥或矢量网络分析仪进行测量。
通过测试介电常数和介电损耗，我们可以了解电介质陶瓷材料的电性能及其适用性。
其次，性能优化是提高电介质陶瓷材料应用效果的关键。
以下是一些优化方法：1. 材料组成与配比优化：通过调整陶瓷材料的成分和配比，可以改变其晶体结构和微观结构，从而影响材料的介电性能。
例如，添加掺杂剂或调整烧结工艺可以减小晶粒尺寸，提高晶界阻抗，从而降低介电损耗。
2. 烧结工艺优化：烧结过程对材料的微观结构和性能有重要影响。
通过优化烧结工艺参数，如温度、时间和压力等，可以改善材料的致密性、晶粒尺寸和晶界结构，从而改善介电性能。
3. 表面处理与界面设计：材料的表面和界面特性可以影响其介电性能。
通过表面处理、涂覆或界面调控等方法，可以改善材料的界面特性，提高其界面状态和界面粘结能力，从而提高介电性能。
4. 成品后处理：部分材料在制备过程中，存在一些缺陷，如氧化物含氧量不足等。
在成品后处理阶段，可以使用氧化、还原或烧结再处理等方法来优化电介质陶瓷材料的性能。
5. 添加纳米颗粒：添加纳米颗粒可以改变电介质陶瓷材料的晶体结构和微观结构，从而改善其介电性能。
纳米颗粒的添加可以增加晶界数量，减小晶界宽度，从而增加晶界阻抗，提高材料的介电常数和降低介电损耗。
此外，纳米颗粒的表面效应还可以增强材料的界面特性，提高电介质材料的性能。
透波介质材料的介电性能及测试方法
摘要 ： 介绍 了天线罩透波介质材料 的介 电性 能及要求 ， 分析 了矢量 网络分析 仪 的测试 原理 ， 详细 介绍 了透波介 质材 料 电性能 的常用测 试方法。根据各种方法 的优 缺点及适 用条 件选择 合理 的测试 方法 ， 对透 波介 质材料 的介 电性 能
做 出精 确 的评 价 。 关 键 词 ： 波 材 料 ； 电性 能 ； 试 方 法 透 介 测 中 图分 类 号 ：２ ０ ３ Ｖ ５ ． 文献标识码 ： Ａ 透 波 材 料 是 指 对 波 长 在 １～１ ０ ＇１频 率 在 ０ ３～ ０１１ ０ １ ， １ １ ．
量损耗 。对于飞行器 用透 波材 料在 高温 高频 状态 下主要 发
生 电极 化 损 耗 和 表 面 电 导 损耗 。
２ 透 波 材 料 介 电性 能 的 测 试 方 法
透 波 材 料 的 介 电性 能 决 定 了其 透 波 率 的 大 小 ， 透 波 材 对 料 的介 电性 能 的 测 试 是 评 价 透 波 材 料 性 能 的 主 要 手 段 。 目
透 波 材料 的技 术保 证 。
界面 的反射就 越 大 ， 将增 加 镜像 波 瓣 电平 并 降低 传输 效 这 率， 而且介 电常数偏大对应 的单层半 波壁结构 天线罩 的壁厚 就越薄 ， 会影 响天线 罩 的 强度 性 能。而损 耗 角正 切 ｔ ８越 ａ ｎ
大， 电磁 波 能 量 在 透 过 天 线 罩 的过 程 中 转 化 为 热 量 而 损 耗 掉 的 能 量 就 越 多 。。 因此 要 求 透 波 材 料 的介 电 常 数 尽 可 能 Ｊ 低 ， 耗 角 正 切 低 至 接 近 于 零 ， 达 到 最 小 反 射 和 最 大 传 输 损 以 的 目的 。 并 且 材 料 的 ｓ和 ｔｎ 随 温 度 、 率 有 明显 的 变 化ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ ａ８不 频
介电强度测试标准
介电强度测试标准一、引言介电强度测试是指对绝缘材料或绝缘系统在特定条件下承受的电压能力进行检测的一种重要测试方法。
介电强度测试的结果对于评估绝缘材料或绝缘系统的绝缘性能具有重要的指导意义。
因此，制定并执行介电强度测试标准对于保证电气设备的安全运行具有重要意义。
二、介电强度测试的目的通过介电强度测试可以评估绝缘材料或绝缘系统在特定电压下的耐受能力，进一步评估其绝缘性能。
具体来说，介电强度测试的目的包括：1. 评估绝缘材料或绝缘系统在规定电压下是否能够正常工作，以保证电气设备的安全运行；2. 检测绝缘材料或绝缘系统的绝缘性能，及时发现潜在的安全隐患，避免因绝缘破坏引发的事故；3. 为设计合格的绝缘材料或绝缘系统提供数据支持，确保产品符合相关国家标准和行业标准。
三、介电强度测试标准针对不同的绝缘材料或绝缘系统，介电强度测试标准会有所不同。
一般来说，介电强度测试标准应包括以下内容：1. 测试目的和范围：明确介电强度测试的目的和适用范围，确保测试结果的准确性和可靠性；2. 测试设备和条件：规定介电强度测试所需的仪器设备和测试条件，包括测试环境、电源要求等；3. 测试样品准备：对测试样品的准备要求，包括样品尺寸、表面处理等；4. 测试方法和步骤：详细描述介电强度测试的方法和步骤，确保测试过程的规范性和可重复性；5. 测试参数和标准：规定测试所需的参数和标准，例如电压、频率等；6. 测试结果评定：对测试结果的评定标准和方法进行规定，以判断测试样品的合格与否；7. 数据处理和报告：描述测试数据的处理方法和报告要求，包括数据记录、分析和存档等。
四、介电强度测试的具体方法介电强度测试的具体方法根据测试对象的不同而有所差异。
下面以两种常见的测试对象为例，介绍介电强度测试的具体方法。
1. 绝缘材料的介电强度测试方法绝缘材料的介电强度测试方法一般分为直流和交流两种，具体步骤如下：(1) 直流介电强度测试方法：a. 在测试设备上设置适当的直流电压，并连接好测试线路；b. 将测试样品放置在电场中央，并逐渐升高直流电压，直至样品发生击穿；c. 记录击穿电压值，并根据测试标准进行评定。
透波介质材料的介电性能及测试方法_于技强
2. 1 传输线法 传输线法主要 是通过 测量 信号遇 到介 质样 品时的 反射 系数和传输系数 , 从而 确定 介质 的介电 常数 , 它 是测量 介电 常数最成熟的方法 ( 如图 1 所示 ) 。
优点是可以进行 宽频 带测试。 需要注 意的 是当 测量的 样品 的厚度为半个波长的整数倍时会 产生一定的 反射叠加 , 在该 点经过推导得 到的介 电常 数值 并不 可靠 [ 22 ] , 而且 传输 线法 往往适用于高损耗的介质材料 , 对低损耗 的介质材料 测试时 误差较大 , 其测试精度 范围为 1% ~ 2% 。另 外 , 该方法 还要 求样品的外形尺寸应与波导壁完 全接触 , 避免电磁波 信号绕 射传播 , 以减小测量误差。 2. 2 谐 振腔法 谐振腔法是谐 振腔中 有无 放置样 品时 谐振 频率和 品质 因数的变化来计 算样 品的介 电常 数。主要 分为 平行板 和圆 柱形谐振腔两种 , 圆形谐 振腔有 高 Q 值的特 点 , 因此可 以测 试低损耗的介质材料 , 对于透波介质材料 往往使用圆 柱形谐 振腔 ( 如图 2 所示 )。
透 波 材料 是 指 对 波 长 在 1 ~ 1 000 mm, 频 率 在 01 3~ 300 GH z 的电磁波的单向透 过率大于 70% 的 材料 [ 1] , 它是集 结构、 防热、 透波于一体的多功能介 质材料 , 主要用 于制造飞 行器的天线罩和天线 窗 [ 2- 3] 。天线罩 是飞行器的 重要部 件 , 它的主要作用就是 要保护 飞行 器在工 作过 程中 免受恶 劣环 境的影响 , 还要保 证电 磁波信 号正 常地传 播。因此 , 透 波材 料性能的优劣就 确定 了天线 罩的 应用范 围。从 使用环 境可 知 , 作为制造天线罩 的透波 材料 应具有 良好 的耐高 温性 能、 耐冲击性能和耐腐 蚀性 能 , 另外 , 最重 要的 就是 还要有 优异 的介电性能。对透 波材料 介电 性能测 试技 术的 研究是 发展 透波材料的技术保证 。
介电强度检测方法
介电强度检测方法
1. 嘿，你知道吗？介电强度检测可以用耐压试验法呀！就像给电器设备来一场“压力测试”。
比如说给一个电容器做耐压试验，逐步升高电压，看看它啥时候“扛不住”。
这样咱们就能清楚它的介电强度咋样啦！
2. 还有哇，脉冲测试法也挺好用呢！这就好像给介电材料来个快速的“冲击”。
比如对一块绝缘板进行脉冲测试，观察它对瞬间高压的反应，是不是很有意思呢？
3. 悄悄地告诉你哦，局部放电检测法也很关键呢！这就像是在寻找介电材料里的“小毛病”。
好比在检查一根电缆时，通过局部放电检测，找到那些可能存在隐患的小地方。
4. 哇塞，电导率测量法也不能落下呀！这不就像是观察介电材料的“导电能力指标”嘛。
比如说在研究一种新型绝缘材料时，用这个方法看看它到底有多“绝缘”。
5. 嘿，可别忘了绝缘电阻测量法哟！相当于给介电材料的“绝缘程度”打个分。
就像给一个绝缘子测绝缘电阻，看看它的绝缘性能好不好。
6. 电流测量法也超级重要的呀！这简直就是追踪介电材料中电流的“小侦探”。
就拿研究一个电子元件来说吧，用电流测量法了解它的情况。
7. 最后呀，击穿试验法可得重视起来！这就如同挑战介电材料的“极限”。
想象一下对一种绝缘材料不断加大电压，直到它击穿，这不就能知道
它的强度底线在哪里了嘛！我觉得呀，这些介电强度检测方法都各有各的厉害之处，咱们可得好好利用，才能更好地保证各种电器设备和材料的安全呢！。
高功率微波窗材料及其透波性能测试方法的研究进展
高功率微波窗材料及其透波性能测试方法的研究进展
蒋友福;芦伟;汪卫华;储德林
【期刊名称】《材料导报》
【年(卷),期】2022(36)S02
【摘要】基于磁约束聚变能氘氚等离子体辅助加热技术的发展需求,微波回旋管的研究朝着高功率、高频率方向发展,因此对微波窗透波性能的要求也逐步提高,这就需要更为精确的测试技术。
本文综述了几种常用的微波窗材料和主要透波参数的测试原理、研究进展及应用现状,其中介电性能测试方法重点讨论了传输/反射法、自由空间法、高Q谐振腔法、准光学谐振腔法;驻波系数测试方法重点讨论了测量线法、功率衰减法和定向耦合器法。
系统地比较了各方法的设备要求、适用条件、测试原理、可测波段、测量精度及优缺点,并对高功率微波窗材料及其透波性能测试方法的发展方向进行了展望。
【总页数】8页(P95-102)
【作者】蒋友福;芦伟;汪卫华;储德林
【作者单位】安徽大学物质科学与信息技术研究院
【正文语种】中文
【中图分类】TN06
【相关文献】
1.高功率高透波材料的研究
2.几种高功率微波介质窗材料的研究综述
3.几种高功率微波介质窗材料的研究综述
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5.X波段高功率微波对介质窗材料的破坏现象
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材料介电性能的测试装置和测试方法[发明专利]
![材料介电性能的测试装置和测试方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/89e6899131b765ce040814da.png)
专利名称：材料介电性能的测试装置和测试方法专利类型：发明专利
发明人：宋锡滨,奚洪亮,艾辽东
申请号：CN202010192691.5
申请日：20200318
公开号：CN111239498A
公开日：
20200605
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种材料介电性能的测试装置和测试方法。
其中，该装置包括：电磁波吸收板、测试样品架、开放式谐振腔和网络分析仪，其中，开放式谐振腔由位于电磁波吸收板上方的第一凹面镜和第二凹面镜组成，且第一凹面镜和第二凹面镜的摆放角度和摆放位置可调节；以及该方法包括：在开放式谐振腔未加载待测试样品时，对开放式谐振腔进行测试；加载待测试样品并不断调整开放式谐振腔对应的摆放角度和摆放位置，直至开放式谐振腔内的待测试样品发生谐振，再对开放式谐振腔进行测试；基于所测试数据计算待测试样品的材料介电性能。
本发明解决了在高频条件下测试介电材料性能的方法存在各种缺陷的技术问题。
申请人：山东国瓷功能材料股份有限公司
地址：257000 山东省东营市经济技术开发区辽河路24号
国籍：CN
代理机构：北京康信知识产权代理有限责任公司
代理人：赵囡囡
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【CN109581070A】一种基于干涉电路的高损耗材料介电常数测量方法【专利】
2
CN 109581070 A
说 明 书
1/4 页
一种基于干涉电路的高损耗材料介电常数测量方法
技术领域 [0001] 本发明属于微波毫米波电路和智能传感技术领域，提出了一种基于干涉电路的检 测方法来同时测量出待测材料介电常数的实部和虚部信息。
背景技术 [0002] 作为物质的一个重要属性，介电常数包含诸多有价值的信息。例如，在农业，食品 和制药领域，通过测量介电常数的大小，可以直接或间接地反映谷物、木材和药材等的品质 以 及含水率、发酵程度等许多指标 ；在化工领域 ，对聚合物、凝胶、试剂等介 质属性的 测定 ， 可提供关于此类化学品成分 和结构的 重要信息。因此 ，准 确的 材料介电 常数检 测系统具有 十分重要的学术和应 用价值。其中 ，基于微波技术的 介质检测方法如谐振腔微扰法 ，由于其 特有的非接触 和无 损特性 ，在近年来受到越来越多的 关注。通常这些方法都是通过 测量敏 感元件的 频率响应变化来反应介电 常数 ，频率响应的 测量通常需要体积庞大 、价格昂贵的 矢量网络分析仪去完成。这一点在许多要求实时和低成本检测的场景中无法适用。此外，自 然界中绝大多数材料的介电常数是一个复数，即εr*＝εr ′-jεr″,其中实数部分εr ′代表了能 量的存储，而虚部εr″则表征了材料的损耗。基于微波谐振方法的检测手段可以较为准确地 获得εr ′的值，但是对εr″值的获取精度较低，特别是针对高损耗的材料。这主要因为常规测 量方法依赖于对谐振频率偏移量的测定 (S参数测量) ，但是某些材料过高的损耗系数容易 造成谐振器谐振点的平坦化和模糊化，进而造成精度降低。 [0003] 因此，上述两方面成为制约介电常数检测系统设计的重要因素。如何简洁高效地 提取 和转化传感器输出信号 ，开发 用于介电 常数 测量的 便携式自持 系统 ，已 经成为学术和 工业界的一个热点。
航天透波多功能复合材料的介电性能分析
航天透波多功能复合材料的介电性能分析
黎义;李建保;张大海;敖明
【期刊名称】《宇航材料工艺》
【年(卷),期】2001(031)006
【摘要】对航天透波多功能复合材料的介电性能、使用环境和相关的材料研究领域进行分析综述,对防热、耐热透波复合材料在研究过程中面临的材料体系、材料组分对介电性能的影响和高温电性能变化等技术问题进行了分析,讨论了在不同使用温度、频率、飞行马赫数、高温使用时间等特殊环境条件下材料的介电性能.【总页数】6页(P4-9)
【作者】黎义;李建保;张大海;敖明
【作者单位】清华大学材料科学与工程系,;清华大学材料科学与工程系,;航天材料及工艺研究所;航天材料及工艺研究所
【正文语种】中文
【中图分类】V25
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1.低密度烧蚀防热透波多功能复合材料的研究 [J], 郭玉明;颜鸿斌;凌英;孙红卫;付求舟;顾光旃
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介质材料的介电性能测试方法综述
介质材料的介电性能测试方法综述
刘沛江;何骁;陈泽坚;肖美珍;陈平;周金堂;赵振博
【期刊名称】《广东电力》
【年(卷),期】2022(35)8
【摘要】随着电磁屏蔽/吸波材料以及电子信息材料的迅速发展,材料介电测试技术已经发展得非常成熟,针对不同的频率范围、介质特性、夹具条件、损耗模式以及环境条件,均有相对应的介电测试方法。
综述了测试介电性能的主流方法,包括传输线法、同轴探头法、自由空间法、拱形法、腔体微扰法、介质圆柱谐振法、谐振腔法、带状线法、微带线、准光腔法等,介绍了各种方法的测试原理、测试条件、夹具条件、测试频段及其优缺点,并对这些方法进行总结,提出未来的研究方向。
【总页数】12页(P1-12)
【作者】刘沛江;何骁;陈泽坚;肖美珍;陈平;周金堂;赵振博
【作者单位】工业和信息化部电子第五研究所可靠性研究分析中心;南京大学电子科学与工程学院;南京航空航天大学材料科学与技术学院
【正文语种】中文
【中图分类】TM934.3
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1.透波介质材料的介电性能及测试方法
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Al2O3基微波介质陶瓷材料烧结及介电性能的影响5.复合添加剂对
(Zr_(0.8)Sn_(0.2))TiO_4介质材料介电性能的影响
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高硅氧有机硅透波材料介电性能实验分析
和机械性能 )变化小 。 有机硅树脂优点是耐热性和介电性能均较好 ,且
高湿 、高温下介电性能较稳定 ;其缺点是机械强度低 , 需高压成型 。国外对有机硅树脂基透波材料已进行了 较深入的研究 [ 4～6 ] ,俄罗斯已将聚二甲基有机硅复合 材料成功地应用于战略导弹以及航天飞机中 [ 4 ] 。国 内纤维增强 SiO2 复合材料的研究始于 20 世纪 70 年 代末 ,先后研制和发展了正交三向石英 、高硅氧穿刺等 耐热透波复合材料 ,并已得到应用 。在纤维增强结构 研究方面 ,开发出 2. 5D 仿形织物 ,此种织物材料除了 具有优良综合性和耐热性及低的介电常数外 ,强度和 断裂韧性高于石英陶瓷材料 。为改进有机硅树脂基及
采用波导法 ,对材料进行介电常数 (ε)和介电损 耗角正切值 ( tanδ)及材料透波率测试 。测试电磁波频 率为 9. 30 GHz。 2. 3 试样研制的工艺路线
根据对甲基硅树脂的凝胶 2时间分析 、热失重分析 及 DSC分析结果 ,压制 0 ～19#不同配方的二维高硅 氧 /有机硅材料 ,工艺路线 :
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2006年 10月
固体火箭技术
第 29卷
要原因可能是添加剂 A 和 B 在 1 200 ℃下可释放出 氧 ,从而降低了材料残炭率 ;
ε 2. 9～5. 0 3. 6 tanδ 0. 003～0. 03 0. 000 2
高硅氧布 4
0. 048
水 空气 81 ～1 0. 55 ～0
2 实验
2. 1 原材料 甲基硅树脂 (室温下粘度 0. 6 Pa· s,全溶于乙醇
电介质的电学性能及测试方法
电介质的电学性能及测试方法电介质材料的电性包括介电性、压电性、铁电性和热释电性等。
本文着重对介电性、介电常数的测量方法和热释电性、热释电性系数的测量方法进行介绍。
1 介电性和介电常数的测量1.1介电性能介电材料（又称电介质）是一类具有电极化能力的功能材料，它是以正负电荷重心不重合的电极化方式来传递和储存电的作用。
极化指在外加电场作用下，构成电介质材料的内部微观粒子，如原子，离子和分子这些微观粒子的正负电荷中心发生分离，并沿着外部电场的方向在一定的范围内做短距离移动，从而形成偶极子的过程。
极化现象和频率密切相关，在特定的的频率范围主要有四种极化机制：电子极化(electronic polarization，1015Hz)，离子极化(ionicpolarization，1012～1013Hz)，转向极化(orientation polarization，1011～1012Hz)和空间电荷极化(space charge polarization，103Hz)。
这些极化的基本形式又分为位移极化和松弛极化，位移极化是弹性的，不需要消耗时间，也无能量消耗，如电子位移极化和离子位移极化。
而松弛极化与质点的热运动密切相关，极化的建立需要消耗一定的时间，也通常伴随有能量的消耗，如电子松弛极化和离子松弛极化。
1.2介电常数的测量介电常数是物体的重要物理性质，对介电常数的研究有重要的理论和应用意义。
电气工程中的电介质问题、电磁兼容问题、生物医学、微波、电子技术、食品加工和地质勘探中，无一不利用到物质的电磁特性，对介电常数的测量提出了要求。
目前对介电常数测量方法的应用可以说是遍及民用、工业、国防的各个领域。
在食品加工行业当中，储藏、加工、灭菌、分级及质检等方面都广泛采用了介电常数的测量技术。
例如，通过测量介电常数的大小，新鲜果蔬品质、含水率、发酵和干燥过程中的一些指标都得到间接体现，此外，根据食品的介电常数、含水率确定杀菌时间和功率密度等工艺参数也是重要的应用之一[1]。
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第 4期
四 川 兵 工 学 报
2011 年 4 月
=制造技术 >
透波介质材料的介电性能及测试方法
于技强, 刘敬松, 霍冀川
( 西南科技大学 四川省非金属复合与功能材料重点实验室 - 省部共建 国家重点实验室培育基地 , 四川 绵阳 621010)
摘要 : 介绍了天线罩透波介质材料的介电性能及 要求 , 分析 了矢量 网络分析 仪的测 试原理 , 详 细介绍 了透波介 质材 料电性能的常用 测试方法。根据各种方法的优缺点 及适用 条件选 择合理的 测试方 法 , 对透波 介质材 料的介电 性能 做出精确的评价 。 关键词 : 透波材料 ; 介电性 能 ; 测试方法 中图分类号 : V 250. 3 文献标识码 : A 文 章编号 : 1006- 0707( 2011) 04- 0099- 03 波的波长 ; H是电磁波在介质材料表面的入射 角 ; E 和 tanD分 别是介电常数和损耗角 正切。 对于透波材料 , 介 电常数 越大 , 电 磁波在 空气 与天 线罩 界面的反射 就越 大 , 这 将增 加镜 像 波瓣 电 平并 降低 传 输效 率 , 而且介电常数偏大对应的单层半波壁 结构天线罩 的壁厚 就越薄 , 会影响 天 线罩 的强 度 性能。 而损 耗角 正 切 tanD越 大 , 电磁波能量在透过天线罩的过程中转 化为热量而 损耗掉 的能量就越多 [ 9- 10 ] 。因此 要求透 波材料 的介电 常数尽 可能 低 , 损耗角正切低至接 近于 零 , 以达到 最小 反射 和最大 传输 的目的。并且材料的 E和 tanD不随温度、 频率有明显 的变化 ( 如温升 100 e , E 变化 小于 1 % ), 以保 证 在气 动加 热 条件 下 , 尽可能不失真地透过电磁波 [ 5] 。 电磁波传播的实际 环境涉及到各种各样 的电介质 , 电磁 波的传播 过 程 也就 是 电 磁 波与 电 介 质 相互 作 用 的 物理 过 程 [ 11] 。在电磁波与电介质相互作用的 过程中 往往会 引起电 介质的极化 , 而材料 的介电 性能 是由电 介质 的极化 引起 的 , 电介质的介电常数及介电性能随 温度、 频 率和其他因 素的变 化规律与极化有关 , 某些极化过程伴随着 在电介质中 发生能 量损耗。对于飞行 器用透 波材 料在高 温高 频状 态下主 要发 生电极化损耗和表面电 导损耗 [ 9] 。
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四川兵工学报
和传输参数的测量从而得到介质 材料介电参 数的目的 , 所使 用的方法主要是频域测 量法 , 主要包 括传输线 法 [ 14- 15] 、 谐振 [ 16- 17] [ 18- 20] 腔法 和 自由 空 间法 。几种 测 试方 法 归结 于 表 1[ 21] 。
的条件下 , 2 个响应接受 通道将 入射波 和反射 波分别 下变频 至适当的中频上 , 通过对 2 路信号进行比 值运算从 而得出被 测网络的矢量系数 [ 12- 13] 。 透波材料介电 性能的 测试 主要是 利用 对微 波信号 反射
透 波 材料 是 指 对 波 长 在 1 ~ 1 000 mm, 频 率 在 01 3~ 300 GH z 的电磁波的单向透 过率大于 70% 的 材料 [ 1] , 它是集 结构、 防热、 透波于一体的多功能介 质材料 , 主要用 于制造飞 行器的天线罩和天线 窗 [ 2- 3] 。天线罩 是飞行器的 重要部 件 , 它的主要作用就是 要保护 飞行 器在工 作过 程中 免受恶 劣环 境的影响 , 还要保 证电 磁波信 号正 常地传 播。因此 , 透 波材 料性能的优劣就 确定 了天线 罩的 应用范 围。从 使用环 境可 知 , 作为制造天线罩 的透波 材料 应具有 良好 的耐高 温性 能、 耐冲击性能和耐腐 蚀性 能 , 另外 , 最重 要的 就是 还要有 优异 的介电性能。对透 波材料 介电 性能测 试技 术的 研究是 发展 透波材料的技术保证 。
参考文献:
[ 1] [ 2] 仝毅 , 周馨我 . 微波透波材料的研究进展 [ J]. 材料导报 , 1996 , 11( 3): 1- 5. F acc iano A. H igh- te mperature o rgan ic co mposite app lication fo r superson ic m issileair fra m es [ J]. SAM PE J , 1999, 35 ( 6): 13- 16 . 李超 , 刘建超 , 陈青 . 航天透波符合材料的研究进展 [ J]. 高科技纤维与应用, 2003 , 28( 6): 34- 39 . 刘顺华 , 刘军 民, 董星龙 . 电磁波 屏蔽及吸波 材料 [ M ]. 北京: 化学工业出版社 , , 2006: 108- 134. 刘丽 . 天线罩 用透波材料 [M ]. 冶金工 业出版社 : 北京 , 2008 : 3- 6. 彭望泽 . 防空导弹天线罩 [M ]. 宇航出版社 : 北京 , 1993: 164- 173. 袁海根 , 周玉玺 . 透波符合材料研 究进展 [ J]. 化学推进
2
( 4) ( 5) 图 2 谐振腔法测试示意图 未放置样品 时空腔的谐 振频率和 品质因数分 别为 f 0 和 Q0 , 放入样 品后测试腔的谐振频率和品质因数分别为 f 和 Q, 则: f0 = c 1 1 . 64a
2
L0 ; G= E0
L 。通 过推导 可得 出介 电常 数 E的 E E0 L L0
1 V 1 1 Ed = ( 10 ) 4 $V Q Q0 式中 : c 为光速 ; a 为腔体 的半径 ; l 为 圆柱腔 的长 ; $ l 为 放入 样品后使谐振腔谐振 腔长的变化 量 ; V 为空 腔的体 积 ; $V 为 放入样品的体积 , 可得到 : tanD = Ed Vf 1 1 = Ec 4$Vf + 2 f 0 - f V Q Q0 ( 11 )
2
2 透波材料介电性能的测试方法
透波材料的介电性 能决定了其透波率的 大小 , 对 透波材 料的介电性能的 测试 是评价 透波 材料性 能的 主要手 段。目 前 , 对透波材料介电 性能的 测试 主要是 用矢 量网络 分析 仪 , 其激励被测网络信 号为 正弦波 信号 , 主 要由 激励信 号源、 测 试装置、 接受装置 和校准 件 4 部分构 成。在测 试过 程中 , 由 信号源产生的信号 被分 为 2 路 , 一 路作 为参 考信号 , 另 一路 作为被测网络的激励源 , 被测网络的入射 波和反射波 通过定 向耦合器被分离出来 , 由于在高频段要直 接对两路信 号的矢 量运算比较困难 , 因此 , 在 保持 被测信 号的 幅度 和相位 信息Fra bibliotek( 1)
E- sin2 H E- sin2 H
2
1 2 1 2
- E cosH + E cosH
( 2) ( 3)
=
1- # 2 2 1- # 2 + 4# 2 sin2 <
1 2Pd E- sin2 H 2 ; d 为 介质 材 料的 厚度 ; K是 电磁 K
收稿日期 : 2011- 03- 03 基金项目 : 国家高技术研究发展计划项目 ( 2009AA 035002) 作者简介 : 于技强 ( 1986) ), 男 , 硕士研究生 , 主要从事铬基透波材料的研究。通讯作者 : 刘 敬松 , 硕士生导师。
E c = 1+
1 V f0 - f 2 $V f
3 结束语
( 9) 随着科学技术的发 展和航天事业的进步 , 对用于 制造飞 行器天线罩的透波材料的性能要 求越来越高 , 特别是 介电性 能。因此 , 对透波材料介电性能测试技术 的研究是航 天事业 发展的关键 , 这就要求对透波材料的介电 性能要做出 精确的 测试。以上介绍了 用于测 试介 质材料 介电 性能 的常用 的几 种方法 , 但各有适用条件和优缺点。只有 选择正确的 测试方 法 , 才能准确地测试出 介质 材料的 介电 性能 , 更 好地发 展航 空航天事业。
1 透波材料介电性能的测试方法
介电性能是评价 透波材料性能最重要的 一个标准 , 由透 波材料的用途可知 , 具有良好透波性能的 材料应具 有良好的 介电性能。介电 性能 一般 用 3 个参 数来 描述 [ 4] : 电 阻率 E 、 介电常数 E和损耗 角正 切 tanD 。但 电阻 率是 一个 宏观 物理 量 , 并不能反映微观电 输运 机制 , 因此 在判 断透 波材料 性能 的优劣时 , 一般不用电阻率 Q , 而是用介电常数 E和损耗角正 切 tanD 。高性能透 波材料 通常 要求 材料 要有 低的 介电 常数 ( E< 10 )和 低的损耗角正切 ( tanD< 10- 2 ) [ 5- 7 ] 。 电磁波在传播过 程中遇到 介质 材料时 , 能 量损 耗 ( 主要 是热损耗 )、 反射系数和透波率有如下关系 式 [ 8 ] : 2Pd E tanD 能量损耗 : A = K D- sin2 H 1 2 反射系数 : # = 透波率 : 式中 : < = 3
图 1 传输线法测试示意图 在测试过程中 , 将被测样品放入被测 系统中作 为双端口 网络 , 通过对信 号源 产 生的 信 号的 测量 得 到传 输和 反 射信 号, 则: G - G0 G + G0 2G 传输系数 3 = G + G0 反射系数 # = 其中 G0 = 计算公式 : E= 3 - 2# 3
表 1 几种微波 介电性能测试方法 微波介电性能测试方法 同轴线 传输线法 波导管 传输线 微扰法 谐振腔法 开式腔法 屏蔽腔法 反射法 自由空间法 投射法 干涉法 2. 0 GH z~ 110 GH z 样品表面平整 , 表面积大于波束横截面面积的 3 倍 2. 0 H z~ 18 GH z 2. 0 H z~ 30 GH z 1. 0 H z~ 30 GH z E= 2~ 10, tanD = 1 @ 10- 4 ~ 5 @ 10- 3 E= 5~ 100 , tanD= 2 @ 10- 4 ~ 6 @ 10- 3 E= 2~ 120 , tanD= 1 @ 10- 4 ~ 6 @ 10- 3 0 . 2 H z~ 110 GH z 适用高损耗材料 , 对样品的形状和表面状况要求较高 频率范围 适用范围