微波法测介电常数
微波板材介电常数ε的测量方法
c u i t .W c u s e t h e e x a mp l e i n t h e t e x t t h a t i s h o w t o d e s i g n t h e BPF i n t h e s p e c t r u m a n a l y z e r t o i l l u s t r a t e t h e wa y h o w t o
Me t h o d a b o u t h o w t o me a s u r e s o f mi c r o wa v e p r i nt e d b o a r d
Re n S h u i s h e n g
( F h e 4 1 s t Re s e a r c h I n s t i t u t e o f C ETC, Qi n g d a o 2 6 6 5 5 5 , Ch i n a ) Ab s t r a c t :W h e n we d e s i g n t h e mi c r o wa v e c i r c u i t u s i n g mi c r o wa v e t r a n s mi s s i o n l i n e ,e i s t h e o ne o f t h e i mp o r t a n t f a c t o r . E i s g e n e r a l l y d i f f e r e n t f r o / n t h e s t a n d a r d v a l u e wh i c h i s g i v e n b y ma nu f a c t u r e r ,b e c a u s e i t i s u s u a l l y i n f l u e n c e d b y f r e — q u e n c y a n d t e c h n i c s e r r o r .An d i f e i s n o t n i c e t y,we c a n n o t r e c e i v e t h e b e s t r e s u l t a s we d e s i g n .S o t h e c o h e r e n c e mu s t
高介电常数BST微波参数谐振腔法测量
华中科技大学硕士学位论文高介电常数BST微波参数谐振腔法测量姓名:***申请学位级别:硕士专业:微电子学与固体电子学指导教师:***20090525华中科技大学硕士学位论文摘要由于BST(Ba x Sr1-x TiO3)介电常数较高(通常在100以上),传统测量块材的方法误差很大,而BST薄膜的传统测量方法—共面波导法测量步骤很复杂且花费昂贵,不适合日常测试。
因此本文选用相对简便的谐振腔法对BST块材和薄膜的复介电常数进行测量。
提出了谐振腔法测量BST块材的改进方法,针对谐振腔法测量高介电常数时由于微扰条件无法满足而产生较大误差的问题,提出用软件仿真的方法来修正这些误差,用仿真的结果改进介电常数计算公式。
当样品介电常数在150以内时,介电常数改进公式计算精度最大提高40%。
损耗角改进公式计算精度最大提高100%。
采用了谐振腔测量BST薄膜复介电常数的方法,从微扰理论出发推导出了BST 薄膜介电常数和损耗角的计算公式,分析得出公式推导过程中的近似条件产生的误差小于0.3%。
用该方法测量了磁控溅射法制备的3个BST薄膜样品,结果显示BST 薄膜介电常数在500左右,损耗角在10-2数量级,分析得出测量总误差为15.4%。
总结出影响测量结果的主要因素是样品的尺寸和形状。
用共面波导法测量了其中一个薄膜样品,测量结果显示BST薄膜介电常数为415.82,损耗角为0.09118。
对影响共面波导法测量精度的因素进行了分析,得出总误差为10%左右。
通过比较共面波导法与谐振腔法测量的结果发现,两种方法结果比较接近,证明了谐振腔法的可行性。
关键词:高介电常数谐振腔微扰法薄膜微波测量华中科技大学硕士学位论文AbstractDue to the high permittivity of BST(Ba x Sr1-x TiO3), conventional methods for its microwave dielectric properties measurement lack accuracy. The method for microwave dielectric properties measurement of BST thin film —coplanar waveguide (CPW) method is complex and expensive, not suitable for the daily measurement. So we choose cavity perturbation technique to measure the microwave dielectric properties of BST and BST thin films.We amend the cavity perturbation method for microwave dielectric properties measurement of BST. Due to the high error caused by large perturbation when we measure the dielectric properties of BST with the cavity perturbation method, we use software simulation method to amend these errors and amend the formula with the simulation results. When the permittivity of the specimen is under 150, the modified formula shows an accuracy of 40% improvement in dielectric constant and 100% improvement in loss tangent compared with the conventional formula.Formulas for calculating dielectric constant and loss tangent of BST thin film with cavity perturbation method are derivated and the error caused by the approximation made in the derivation is less than 0.3%. Three specimen of BST thin film by magnetron sputtering are measured at X-band frequency using this method, and the results show the dielectric constant is around 500 and loss tangent is 10-2 with an error of 15.4%. Analysis of the results shows that the primary factor affecting the accuracy of the measurement is the size and shape of the specimen.In comparison, CPW method is employed to measure one of the three specimens. The results show that the dielectric constant is 415.82 with an error of 10%and loss tangent is 0.09118 with an error of 12.4%. The comparison of the results measured by the two methods shows that the cavity perturbation method is suitable in accuracy for dielectric properties measurement of BST thin film.Key words: High dielectric constant Resonant cavity Perturbation method Thin film Microwave measurement独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
低频介电常数
低频介电常数低频介电常数是指介质在低频电场作用下的电容率,通常是在Hz或kHz级别下进行测量,用来描述物质对电场的响应能力。
在物理学中,介质是指任何透明的固体、液体或气体,而介电常数则是介电性能的关键指标,影响着电容器、电缆、RFID设备、传感器和其他电子元件的设计和性能。
以下将就低频介电常数的定义、测量和应用等方面进行介绍。
介电常数是物质对电场的响应能力的一种度量,它是介质内部电场与外部电场之比,用式子表示为εr=ε/ε0,其中εr是相对介电常数,ε是介质的电容率,ε0是真空中的电容率。
低频介电常数是在低频电场作用下介质的电容率,是介电性能的基本指标之一,通常受介质的分子极化和离子构成的影响。
低频介电常数的测量通常采用电容测量法,测量电容性能与介质相关的物理量,如介质的厚度、表面积、介质与电极的距离等。
电容测量法通常是将电极置于介质的两端,并将电极与外部的电源连接,测量被测介质的电容值,然后测量空气电容的值,将二者相除获得相对介电常数。
另一种测量低频介电常数的方法是微波测量法。
微波测量法通常是将介质放在H滤波器中,并将射频信号注入H滤波器中,利用相移测量法,就可以测量出介质的相对介电常数。
微波测量法的精度高、测量速度快、不受频率的影响,因此可以测量不同频率下介质的介电常数。
低频介电常数可以影响物质在电场中的排列和行为,因此广泛应用于电容器、电缆、RFID设备、传感器和其他电子元件的设计和性能。
在电容器中,低频介电常数是影响电容器介质的选择的因素之一。
通常选择低频介电常数较高的介质,可以使电容器更容易响应低频电场的作用,并延长电容器的寿命。
在电缆中,低频介电常数与电缆的耦合有关。
电缆的电容值通常是固定值,因此通过选择低频介电常数较小的介质,可以减少电缆的耦合,提高电缆的传输效率。
在RFID设备中,低频介电常数是正常工作的关键之一。
通过选择低频介电常数较高的介质,可以提高RFID设备的读取距离和可靠性。
(实验室装置)波导法测量介电常数
Td
表示待测样品的传输系数
c 表示待测样品的反射系数
s11、s22、s21、s12表示待测样品的s参数
精品课件
推导一 :介电常数一
s 1 2 1 2 s s 1 2 2 1 1 1 1 2 c c 2 K s 1 2 1 2 s s 1 2 2 1 1 1 c K K 2 1
Coaxial
Vector Network Analyzers
Waveguide
Coaxial Converter
精品课件
The Parts in the Wave-guide method dielectric constant measuring
system
精品课件
同轴线校准 同轴波导校准
❖ 厚度谐振问题:对于某些频点,即样品长度正好 是半个波导波长的整数倍。 S11-> 0,K值具有极 大不确定性, r 产生尖峰,即厚度谐振,为不确 定值,需要去除。
精品课件
推导二:介电常数二
s 2 2 1 2 s s 2 1 2 1 1 1 1 2 T T d d 2 M s 2 2 1 2 s s 2 1 2 1 1 1 T d M M 2 1 ln (T ) j( 2 n)(n 0 ,1 ,2 )r |c
c2(20 )2
(0)2 c
c 表示样品段传播常数。
多值问题:由于n可能取多个不同的值, c 值存在多 个值,因而得到的介电常数可能存在多值。
精品课件
厚度谐振和多值问题的解决
❖ 结合两个推导公式分别计算介电常数一(有厚度谐 振但是无多值问题),介电常数二(有多值问题但 是无厚度谐振)。将介电常数二与介电常数一进行 比较,选取介电常数二中与介电常数一值范围相近 值为正确值。所得到的结果既避免了多值问题又避 免了厚度谐振问题
基于宽频带微波谐振腔传感器的溶液介电常数测量方法与流程
基于宽频带微波谐振腔传感器的溶液介电常数测量方法,包括以下步骤:
1. 搭建微波谐振腔测量系统:系统包括微波振荡器、阻抗分析仪、谐振腔和样品池,其中谐振腔具有宽频带特性,样品池与谐振腔相连通,用于盛放待测溶液;
2. 校准过程:保持微波振荡器输出功率不变,改变谐振腔的谐振频率,获取谐振腔的Q值及对应频率;
3. 样品制备:将待测溶液注入样品池中,使溶液充满样品池,同时确保溶液无气泡残留;
4. 测量过程:在步骤2)中获取的谐振频率下,调节微波振荡器的输出功率,使谐振腔达到谐振状态,记录此时谐振腔的阻抗值;
5. 求解介电常数:通过对比不同溶液状态下的谐振腔阻抗值,求出溶液的介电常数。
具体的,还可包括以下步骤:
6. 数据处理:将所测得的Q值、谐振频率和对应的溶液介电常数进行处理分析,获得精确的溶液介电常数值;
7. 结果输出:将处理结果以图表或数值形式输出。
该方法基于宽频带微波谐振腔传感器,具有测量精度高、操作简便、无损检测等优点。
具体流程如下:
1. 将待测溶液注入样品池中,打开微波振荡器并调整输出功率,使谐振腔达到谐振状态;
2. 使用阻抗分析仪记录此时谐振腔的阻抗值;
3. 在不同的溶液浓度或组分下重复步骤2),获得多组数据;
4. 利用数据处理技术对上述数据进行处理,得到精确的溶液介电常数值;
5. 将处理结果以图表或数值形式输出。
以上流程保证了测量的准确性和可靠性,实现了对溶液介电常数的无损、快速测量。
需要注意的是,为了确保测量结果的准确性,需要保证样品池和溶液的清洁度,避免引入干扰因素。
一种测量微波介质基板复介电常数的方法
一种测量微波介质基板复介电常数的方法吴秉琪;刘长军【摘要】为了测量微波介质基板的复介电常数,提出了一种基于微带线测量的方法.通过使用微带线相关理论模型和电磁场仿真软件计算微带线辐射损耗,编写相应的计算机程序可以测得微波介质基板的复介电常数.在测量中,通过使用除长度外其他参数均相同的2条微带线的测量数据进行计算,减弱了由于实际测量中引入同轴接头而产生的测量误差.对多种常见的微波介质基板进行了测量,结果表明:与标称值相比,介电常数实部误差为1%左右,损耗角正切误差为10%左右,该测量方法切实可行和精确性高.【期刊名称】《应用科技》【年(卷),期】2018(045)004【总页数】4页(P100-103)【关键词】微带线;印刷电路板;微波测量;介电常数测量;损耗角正切;辐射损耗;有效介电常数;宽频带测量【作者】吴秉琪;刘长军【作者单位】四川大学电子信息学院,四川成都610004;四川大学电子信息学院,四川成都610004【正文语种】中文【中图分类】TN972介电常数和损耗角正切是介质基板的重要参数,在天线设计[1-2]与微波电路设计[3-4]中,微波介质基板的介电常数对其性能指标有重要影响。
许多学者已经进行了广泛和深入的研究以测量这2个参数[5-9]。
通过使用2段微带线测量介质基板的介电常数的方法,在文献[10]中最先提出,并用来测量介质基板的实介电常数。
与各种谐振法相比,使用该方法的优点为:减弱了在实际测量中由于使用同轴接头造成的测量误差;可以方便地测量随频率和位置变化而变化的介电常数;可以测量在1个频带范围内的介电常数,即测量是宽带的。
为了实现从测量数据到介质基板介电常数的转化,文献[10]使用了针对多层板的广义频域格林函数法。
本文使用了描述微带线工作特性的精确模型,建立了有效介电常数与介电常数之间的关系,通过编制计算机程序,可以快速准确地求解得到介质基板的介电常数。
本文对使用2条微带线测量实介电常数的方法进行了推广,使其可以用来测量介质基板的损耗角正切值。
电介质材料的介电性能测试
电介质材料的介电性能测试电介质材料在电子器件和电力系统中具有重要的应用,其介电性能是评价材料质量和可靠性的重要指标。
介电性能测试是通过一系列测试方法和仪器来评估电介质材料在电场作用下的性能,包括介电常数、介质损耗、绝缘电阻等参数。
本文将简要介绍电介质材料的介电性能测试方法及其应用。
一、介电性能测试方法1. 介电常数测试介电常数是描述电介质材料在电场作用下储存和传输电能能力的重要参数。
常用的测试方法有:(1)并行板法:该方法通过测量电容器的电容值来计算电介质材料的介电常数。
具体步骤是将待测介质固定在两块平行金属板之间,然后测量电容器的电容值。
(2)回波法:该方法基于微波信号在电介质中传播的速度,通过测量信号的传输时间来计算介电常数。
测试时需要利用衰减器和定频放大器等设备,以确保测试结果的准确性。
2. 介质损耗测试介质损耗是指电介质材料在电场作用下吸收和转化电能为热能的能力。
常用的测试方法有:(1)三角法:该方法通过测量电介质材料在高频电场下的导体损耗和介质损耗之比来计算介质损耗的值。
具体步骤是将待测介质固定在电容器之间, 通过改变电容器的频率来测量两种损耗的值。
(2)传输线法:该方法利用特制的传输线测量电介质材料在特定频率下的损耗。
测试时需使用网络分析仪等仪器,通过测量信号的功率损耗来计算介质损耗的值。
3. 绝缘电阻测试绝缘电阻是指电介质材料在电场作用下抵抗漏电流流动的能力。
常用的测试方法有:(1)绝缘电阻表法:该方法通过将待测电介质样品与电极相连,用绝缘电阻表测量电介质材料的绝缘电阻值。
测试需在规定的电压和温度条件下进行。
(2)恒压法:该方法通过给待测电介质样品施加较高的电压来测量绝缘电阻值。
测试时需使用电压源和电流表等设备,以实现电介质样品上常态电流的测量。
二、介电性能测试的应用1. 电子器件领域介电性能测试在电子器件领域中具有重要应用。
例如,在电容器的制造过程中,通过测试介质材料的介电常数和介质损耗,可以评估电容器的质量和性能稳定性。
微波谐振腔微扰法测量植物叶片介电常数
第26卷第6期V ol 126 N o 16长春师范学院学报(自然科学版)Journal of Changchun N ormal Un iv ersity (N atural Science )2007年12月Dec.2007微波谐振腔微扰法测量植物叶片介电常数刘澄宇(江西新余高等专科学校,江西新余 338031)[摘 要]采用微波谐振腔微扰法测量植物叶片介电常数。
实验采用三种不同植物的叶片,并分早、午、晚不同时间测量。
通过对数据处理与分析得出叶片介电常数与矿物质的含量与种类有关,且植物叶片在不同的时间由于生理活动的不同,其介电常数也存在差异,从而影响到植物叶片在交变电场中行为的差异。
[关键词]复介电常数;微扰法;叶片[中图分类号]T N 24 [文献标识码]A [文章编号]1008-178X (2007)06-0044203[收稿日期]8[作者简介]刘澄宇(),女,江西新余人,江西新余高等专科学校基础实验中心助理实验师,从事物理实验教学研究。
叶片是绿色植物进行光合作用、呼吸作用与蒸腾作用的主要器官。
植物通过光合作用制造生长发育所需的碳水化合物,并以此为原料,合成各种多糖、脂肪和蛋白质等有机物。
可见,植物是地球上各种生命赖以生存的必要条件。
[1]为了更好地了解植物及其生理活动,实验将采用微波介质谐振器对叶片的表面进行介电常数的测量。
基本原理是:将介质样品放入空腔谐振器中,根据放入前后腔体谐振频率和品质因数值的变化来测定介质参数,由此得出不同时间、不同叶片的介电常数,进而得出影响叶片介电常数的因素。
[2,3]1 材料和方法111 实验材料带叶活体树枝若干(名称分别为:接骨木、忍冬、榆叶梅、白丁香)。
112 实验仪器可输出等幅的扫频微波信号,扫频范围为8600~9600MH z 的半导体固态源,反射式谐振腔采用TE10P (P 为奇数)模式的矩形谐振腔,各种波导元件分别为隔离器、波长表、衰减器、环行器、检波器、检流计(示波器)、样品式谐振腔等。
介电常数测试方法
介电常数测试方法介电常数是描述物质对电场力的响应能力的一种物理参数,是介质中储存电场能量和电荷间相互作用的能力。
介电常数是介质在电场中的表现,它的大小与介质分子的极性、极化程度和密度有关。
在物理学和工程技术中,了解和准确测定介电常数对于研究介质特性、设备设计、材料选择等具有重要意义。
测量介电常数的方法有很多种,主要包括频率法、电容法、瞬态电荷法、时域反射法和频域法等。
不同的方法适用于不同的测量目标和实验条件。
频率法是一种常用的测量介电常数的方法。
它利用物质对射频或微波信号的响应来测量介电常数。
样品放置在测量装置中,通过改变频率,在不同的频率下测量样品对电磁波的吸收和反射情况。
通过比对测量结果和标准值,可以得到介电常数的准确值。
电容法是测量介电常数的另一种常用方法。
该方法是利用介质的电容效应,通过测量介质和导体之间的电容来计算介电常数。
在实验中,将样品放置在电容器中,然后通过测量被测电容和无样品电容的差异来计算介电常数。
该方法可以用于测量各种样品,是一种简单易行的测量方法。
瞬态电荷法是一种相对先进的介电常数测量方法。
它利用电容器上电压的非强制反转,通过测量反向电荷的大小和时间来计算介电常数。
该方法适用于大多数固体、液体和气体样品,尤其在高介电常数和高频率情况下更有效。
时域反射法是一种测量介电常数的非接触方法。
该方法通过测量电磁波在介质的传播速度和反射率来计算介电常数。
在实验中,首先将样品放在一个特定的夹具中,然后用矢量网络分析仪发送和接收信号,并根据反射信号的相位和幅度来计算介电常数。
时域反射法适用于固态和液态样品,特别适用于非常复杂的介质。
频域法是一种比较常用的测量介电常数的方法。
它是利用物质对电磁波的吸收和反射来测量介电常数。
在实验中,通过测量电磁波的传播速度和相对介电常数与空气之间的差异来计算介电常数。
该方法适用于固态和液态样品,尤其适用于高质量的样品测量。
除了上述常见的测量方法外,还有一些其他的测量介电常数的方法,如表面等离子体共振法、紫外吸收法和介质分子动力学模拟等。
一种微波介质谐振器介电常数测量方法
W U C a gyn ,DI J n h n —ig NG u ,W E o IGa ,XU Ja d n i— o g
( olg fEet ncIf mao , otw s r oy enel nvrt, ia 10 2 C ia C l eo lc oi no t n N r et nPlt h i i sy X ’n7 0 7 , hn) e r r i h e e aU ei
数低损耗 的介 质… 。在 开发这 些 器件 之前 的一 个重 要环 节是 准确测量介 质的复介 电常数 , 包括介 电常数 和损耗 角正切 。 谐振法是通过 测试 谐振器 ( ) 腔 的谐振 频率 和 固有 品 质 因 数, 从而计算出介质材料 的微波介 电常 数。因为谐 振频 率和 固 有 品质 因数可 以比较准 确地测量 , 以它在 低损耗介 质材 料方 所 面, 占有重要位置 , 的测试灵敏度高 , 它 测试准确 , 损耗可 测量到 1 0。的量级 , 这是其他 方法几 乎不可 能达到 的。所 以对 于低损
柱 形 介 质 样 品 进 行 了测 量 试 验 。
关键 词 : 微波 ; 质谐振 器 ; 介 复介 电常数 ; 测量 中图分 类号 :M 3 T 90 文献标识码 : A 文章编号 :0 0—82 ( 0 8 0 0 9 0 10 8 9 2 0 )6— 0 5— 3
M e s e e f Di l c r c Pr pe te f Di l c r c a ur m nto e e t i o r i s o e e t i
摘要 : 针对现有 平行板 开式腔谐振 法测量介 电常数 时会有一部 分能量顺 着馈 线和上 下金属板 之 间的 结构 传输形成 辐射 损 耗的特点 , 出 了一种 复介 电常数 测量方法 , 提 通过在馈 电侧 上下金属板之 间增加短路板 来阻挡 辐射损耗 。设 计制作 了具 有 短路 板的介质谐振 器测试 系统 , 用单端 口工作 , 出 了工作在 T 1 下的介 电常数 和损耗 角正切 的计算 方法 , 对一 圆 采 给 El 0模 并
介电常数的测试方法
介电常数的测试方法介电常数的测试方法介电常数(dielectric constant,k)是指介电介质中电场强度和电势的比值,它是一个重要的参数,对电子元件工作有着重要的影响。
以下是介电常数的测试方法:一、常用的介电常数测量仪1、电磁场仪:电磁场仪可以测量介质中的垂直电场强度,从而得到介电常数,但它有一定的精度限制,如测量精度只有10kV/m。
2、微波仪:这是一种测量介电介质介电常数的仪器,它可以通过微波电磁测量来测量介电介质的介电常数,其精度高达10-3。
3、介质折射率仪:它可以测量介质折射率,从而确定介电介质的介电常数,但是其精度也不太高,一般只能达到10-2。
4、驻波比测量仪:它通过测量驻波比来求出介质的介电常数,它具有很高的精度,可以达到10-4。
二、常用的介电常数实验1、电容器实验:通过一定的电压打在一个电容器上,求电容器的容量,从而可以求出介电介质的介电常数。
2、阻抗实验:通过在介电介质中放置一个阻抗元件,再用频谱分析仪测量频率,从阻抗元件的抗谐振特性来求出介质的介电常数。
3、电场强度实验:通过在介质中放置一个电场强度传感器,在电场强度场中求出介质的介电常数。
4、多普勒实验:通过在介质中设置一个多普勒实验装置,通过控制电源来测量多普勒效应,从而求出介电介质的介电常数。
三、其他测试方法1、介电弹簧实验:通过介电弹簧实验来求出介电介质的介电常数。
2、有限元分析:通过有限元分析法来求出介电介质的介电常数,但需要一定的计算机知识。
3、量子力学实验:通过量子力学实验来测量介质的介电常数,但这一实验方法的准确性和精度仍然是有局限性的。
介电常数的测试方法十分多样,确定介电常数时要根据不同的环境、需求等选取不同的测量仪器和实验方法,以准确测量介电介质的介电常数。
介电常数的测量方法
介电常数的测量方法
介电常数的测量方法主要有以下几种:
1.电容法:利用平行板电容器的原理,通过测量介质中的电容值和真空中的电容值,可以计算出介电常数。
这种方法简单易行,适用于常见的固体和液体介质。
2.微波法:利用微波在介质中传播的速度和波长与介电常数的关系,可以测量介电常数。
这种方法可以用于测量高频介质的介电常数,如聚合物材料和生物组织。
3.频率法:利用介电常数随频率变化的规律,通过测量不同频率下的介电常数,可以得到介电常数与频率的函数关系。
这种方法适用于介质中有极性分子的情况,如水和酒精。
平行板谐振法测量微波介质介电常数性能(实验研究报告)
平行板谐振法测量微波介质介电常数性能其中,J 和k 分别为第一类Bessel 函数和修正Bessel 函数, 通过(3)可以求出k ci (采用数值方法,matlab 程序见附录)DXDiTa9E3dspecunon■ 1' -r//////////?二•实验过程测量地参数如下:L = 8.01mm, D = 14.06mm f0 = 4.421401GHz根据(1) -- (4)式,可以求岀;r值,计算地值如下:图 iPost Resonance Technique实验测试装置如图i ,测试样品为圆柱状,放置在两个平行地金属板中,微波功率通过由样品和两个平行金属板组成地腔 体耦合.输入和输岀通过两个天线耦合.在某一频率下,该腔体地 阻抗达到最小,即产生谐振,此时穿过地功率最大 .该腔体地谐振特性可以通过一个矢量网络分析仪来得到直观显 示.b5E2RGbCAP实际测量中,常用TE011模来确定样品地介电性质•因为本 测试装置可以在矢量网络分析仪上产生许多不同模式地谐振 峰,本实验采用TE 011谐振模式(处于第二低地谐振频率处, 最低地谐振频率是HE 仆模式)0EanqFDPw/. 0 =68 mmk c0 =381.20 k& =426.34■. r =39.14计算过程见附录.三•讨论本实验并未讨论损耗角及品质因数地测量,随之地辐射损 耗及电损耗并未讨论.采用此方法,不能精确测量平行板地表面 阻抗[1],损耗角地测量也不准确;其次,样品地尺寸要求较大, 若对于单晶体,很难制造[1].可参考文献[2],有具体地改进方法 本方案地主要优势是计算地公式较完善,且很可靠 .也因此,此方案仍被采用.RTCrpUDGiT本实验主要讨论介电常数地测量,至于电解质损耗和辐射 损耗不做讨论.采用本测试方法地主要优势是需要测量地参数有,样品厚度L 、样品直径D ( D=2a )和谐振频率f 0电介常数可以通过以下公式计算得到:[1] Sheen J 2005 Study of microwave dielectric properties measurements by variousresonance techniques 5PCzVD7HxA Measurement 37 123-30jLBHrnAILg[2] Sheen J 2008 A dielectric resonator method of measuring dielectric propertiesof low loss materials in the microwave region xHAQX74J0XIOP Science Measurement Science and Technology附录% Author:高永振Date : 2012-5-3(2)J okci aJ i k d ak c0a Ko (kc0a)k ci a K i k co a(3)(4)^%*****************************************************LDAYtRyKfE%******************* post Resonance Technique****************************“微波测量之特别培养实验课”********一.平行板谐振法测试原理参考文献(i)clear all;%谐TE011模振频率单位HZ%自由空间光速%波长%圆柱介质长度,单位mD = 14.06e-3; %圆柱介质地直径,单位ma = D/2;k_c0 = (2*pi/lambda0)*sqrt((lambda0/2/L)A2 - 1);%以下采用”牛顿迭代法"求解k_ci地值syms k_ci;eps = 1e-6; %精度要求y = besselj(0,k_ci*a).*k_ci.*besselk(1,k_c0*a) +besselj(1,k_ci*a).*... dvzfvkwMIlk_c0*besselk(0,k_c0*a);yy = diff(y,k_ci);k_ci = 420; %赋一迭代初值k_ci1 = k_ci - subs(y,k_ci)./subs(yy,k_ci);while(abs(k_ci1 - k_ci)>=eps)k_ci = k_ci1;k_ci1 = k_ci - subs(y,k_ci)./subs(yy,k_ci);end%最终待求量epsilon」=(lambda0/2/pi)A2*(k_ci A2 + k_c0A2) + 1版权申明本文部分内容,包括文字、图片、以及设计等在网上搜集整理•版权为个人所有This article includes some parts,in cludi ng text, pictures, and desig n.Copyright is pers onal OWn ership. rqyn14ZNXI用户可将本文地内容或服务用于个人学习、研究或欣赏,以及其他非商业性或非盈利性用途,但同时应遵守著作权法及其他相关法律地规定,不得侵犯本网站及相关权利人地合法权利.除此以外,将本文任何内容或服务用于其他用途时,须征得本人及相关权利人地书面许可,并支付报酬.EmxvxOtOcoUsers may use the contents or services of this article for personal study, research or appreciation, and other non-commercial or non-profit purposes, but at the same time, they shall abide by the provisi ons of copyright law and other releva nt laws, and shall not infringe upon the legitimate rights of this website and its releva nt obligees. In additi on, when any content or service of this article is used for other purposes, writte n permissi on and remun erati on shall be obta ined from the pers on concerned and the releva ntobligee. SixE2yXPq5转载或引用本文内容必须是以新闻性或资料性公共免费信息为使用目地地合理、善意引用,不得对本文内容原意进行曲解、修改,并自负版权等法律责任.6ewMyirQFLReproduction or quotation of the content of this article must be reas on able and good-faith citati on for the use of n ews or in formative public free information. It shall not misinterpret or modify the originalformat long;%实验地基本参数fO = 4.421401e9;c = 3e8;lambdaO = c/fOL = 8.01e-3;inten tio n of the content of thisarticle, and shall bear legalliability such as copyright. kavU42VRUs。
电磁场与微波测量实验报告微波实验六用谐振腔微扰法测量介电常数
北京邮电大学电磁场与微波测量实验报告实验六 用谐振腔微扰法测量介电常数微波技术中普遍利用各类微波材料,其中包括电介质和铁氧体材料。
微波介质材料的介电特性的测量,关于研究材料的微波特性和制作微波器件,取得材料的结构信息以增进新材料的研制,和增进现代尖端技术(吸收材料和微波遥感)等都有重要意义。
一、 实验目的1. 了解谐振腔的大体知识。
2. 学习用谐振腔法测量介质特性的原理和方式二、 实验原理本实验是采纳反射式矩形谐振腔来测量微波介质特性的。
反射式谐振腔是把一段标准矩形波导管的一端加上带有耦合孔的金属板,另一端加上封锁的金属板,组成谐振腔,具有储能、选频等特性。
谐振条件:谐振腔发生谐振时,腔长必需是半个波导波长的整数倍,现在,电磁波在腔内持续反射,产生驻波。
谐振腔的有载品质因数QL 由下式确信:210f f f Q L -=式中:f0为腔的谐振频率,f1,f2别离为半功率点频率。
谐振腔的Q 值越高,谐振曲线越窄,因此Q 值的高低除表示谐振腔效率的高低之外,还表示频率选择性的好坏。
若是在矩形谐振腔内插入一样品棒,样品在腔中电场作用下就会极化,并在极化的进程中产生能量损失,因此,谐振腔的谐振频率和品质因数将会转变。
图1 反射式谐振腔谐振曲线 图2 微找法TE10n 模式矩形腔示用意电介质在交变电场下,其介电常数ε为复数,ε和介电损耗正切tan δ可由以下关系式表示:εεε''-'=j , εεδ'''=tan ,其中:ε,和ε,,别离表示ε的实部和虚部。
选择TE10n ,(n 为奇数)的谐振腔,将样品置于谐振腔内微波电场最强而磁场最弱处,即x =α/2,z =l /2处,且样品棒的轴向与y 轴平行,如图2所示。
假设:1.样品棒的横向尺寸d(圆形的直径或正方形的边长)与棒长九相较小得多(一样d /h<1/10),y 方向的退磁场能够忽略。
2.介质棒样品体积Vs 远小于谐振腔体积V0,那么能够以为除样品所在处的电磁场发生转变外,其余部份的电磁场维持不变,因此能够把样品看成一个微扰,那么样品中的电场与外电场相等。
微波介质复介电常数的带状线法测量
匀、 结构 致密 、 面光洁平 整 的板状 复合 介 质 片 ; 表 然
后将 复 合介 质 片按 长 度 L=5 0±0 5mm、 宽度 L
收 稿 日期 :0 】 6 6 2 0 一0 —2 基金 项目: 国防 化 工 新 材 料 重 点 研 制 项 日
作 者简介 : 周洪庆 (9 3 ) 男. 16 一 . 江苏漂田人, 博士. 副研究员、 主要研究方向为功能材料。
析。
图 1 带 状 线 谐 振 试 样 示 意 图
Fi 1 sa k fs rp l e — g Ⅲ o ti-i n n r a
谐 振导 带 试 样 童 属 接地 板
1 2 测 试 原 理
以被 测复合 介 质基 片、 良导 体 金属 片和 薄 带构
1 实
验
成典 型 的带状传输 线 , 一段 两端 开 路 的带状 传 输线 具 有谐振 电路 的特 性 , 谐 振 频 率 厂 介质 基 片 其 0与 的 相对介 电常数 相关 , 固有 品质 因数 Q。与 基 片 其
微波介质 复介电常数 的带状线法测量
周 洪 庆 ,刘 敏 ,凌 志达 ,杨 南 如
( 南京 工业 大 学 材 料科 学 与工程 学院, 苏 南京 江 20 0 ) 109
摘
要: 采用工作起型为 T M 的带状或谐振 方法, E 对研制的 P F / T E 陶瓷/ 坪维 为主要组 成的多元复合崔波舟质 崔
共 同关 心 的课 题 - 3。微 波 介 质 材 料 复 介 电常 数 3
的 测试分 为传输 特性法 和谐 振 腔法 两 大 类 . 中 传 其 输 特性法 中典型 的有 反射法 与透 射法 , 振 腔法 又 谐 分 扰动 法 、 镜象 线法 、 式 腔法 、 开 螺旋 圆柱 谐振 法 等 等【 。 本 文 采用 工 作渡 型 为 横 电磁 ( E ) 的 带 状 T M 模 线谐 振 方法 , 研制 的 P E 陶 瓷/ 纤 维 为 主 要 对 TF / 微 组 成 的多 元复 合 新 型微 波 介 质 系 列 基 板 的复 介 电 常 数进 行 了测 量 , 试获得 的数 据一 致 性 与测 量 精 测 度 明显改 善, 对微波 频率 下 相 对 介 电常 数 与介 质 并 损耗 的机 制及 测试 产 生的 误 差 因 素进 行 了探 讨分
基于微波反射率波动特性的混凝土介电常数测量方法
基于微波反射率波动特性的混凝土介电常数测量方法刘君;许卫东;刘珩;渠立永;马瑶【摘要】提出了通过自由空间一次线性扫频测量混凝土背贴金属板时的表面反射率,分析反射率随频率的周期波动间隔,快速获得介电常数的测量方法.经测量和比较不同厚度、背贴金属板或吸波材料两种状态的混凝土表面微波反射率,验证了试件表面和底面反射波的相互干涉是反射率随频率周期波动现象的主要原因.根据波动干涉原理,给出了由试件厚度、微波入射角度和反射率极值频率间隔,计算混凝土介电常数的公式.由于计算过程不需要反射率的具体数值,测量影响因素少,易于得到介电常数准确值,且操作简便、计算快速.【期刊名称】《电波科学学报》【年(卷),期】2015(030)001【总页数】6页(P141-146)【关键词】自由空间法;微波反射率;混凝土;介电常数【作者】刘君;许卫东;刘珩;渠立永;马瑶【作者单位】解放军理工大学野战工程学院,江苏南京210007;解放军理工大学野战工程学院,江苏南京210007;解放军理工大学野战工程学院,江苏南京210007;解放军理工大学野战工程学院,江苏南京210007;解放军理工大学野战工程学院,江苏南京210007【正文语种】中文【中图分类】TN98在对混凝土结构应用探地雷达进行无损探测时,混凝土的介电性能直接影响回波信号强度;在微波吸收混凝土研究方面,也迫切需要获得其介电常数,因此混凝土材料的电磁参数测量对于研究混凝土结构的电磁特性具有重要意义[1-4].材料电磁参数测试方法主要有:传输/反射法(Transmission/Reflection Method,简称T/R法)[5-9]、谐振腔微扰法[10-11]和自由空间法[12-13]等.T/R法测量原理是将材料样品部分填充在同轴线或波导中,测量其传输特性即S参数来反演介质材料的电磁特性.常用石蜡和待测粉体样品混融使其与测试夹具紧密结合,但对于混凝土这样的固体材料,要加工成与测试夹具紧密结合的样品难度很大,样品与夹具间的空气缝隙影响了测试精度.谐振腔微扰法是通过测量放入样品前后谐振频率等参数来测量材料电磁参数,其缺点是难以实现宽频带电磁参数测量.自由空间法是在自由空间中通过测量材料的S参数来反演材料的电磁参数,材料样品没有严格的形状和工艺要求,只要求厚度均匀且测试面积较大以避免电磁波绕射,该方法具有材料无损和非接触的特点.自由空间法按测量方式可分为单反射测量和传输反射测量.单反射法是在两次不同状态(包括角度、厚度等状态)下利用两次数据计算出电磁参数,而传输反射法是利用收发分置的测试系统分别测出反射和透射参数,再计算电磁参数.为解决测量多值问题,文献[14]通过时域反射脉冲时移测量相移常数的方法来唯一确定材料的电磁参数.本文提出了一种采用自由空间单次反射测量混凝土类电介质材料介电常数的方法,该方法只需在入射角度、极化方式和材料厚度一定的条件下,通过单次扫频测量则可快速计算出电介质的电磁参数.该方法避免了自由空间法常见的多值问题、边缘绕射、天线聚集等问题,适用于介电常数频散效应不强的非磁性介质的介电常数测量.1.1 系统组成与测量原理系统主要包括以四通道幅相接收机AV3630为核心的矢量网络分析仪、微波反射率拱形测试架、发射和接收标准喇叭天线、微波吸收材料和测试平台,如图1所示.发射天线和接收天线安装在拱形架上,发射天线与接收天线可以在框上独立地移动且指向圆心,通过移动收发天线的位置,可调节发射天线和接收天线之间的角度.测试系统的信号输出端与发射天线相连接,入射波经测试平台上的被测样品或金属板反射后,再由接收天线接收,最后经微波电缆输入到测试系统接收端.接收天线除接收被测样品的反射信号外,还受到发射与接收天线的直接耦合、拱形架及周围环境杂波、试样边缘散射等因素影响,统称为乱真干扰.乱真干扰信号与有用信号叠加在一起相消或相长,影响了测试精度.1.2 现象与分析采用水泥、骨料等制作砂浆和混凝土试件样品,试件尺寸为300mm×300mm×25mm,其中砂浆配合比水泥∶砂∶水为1∶1.5∶0.3(质量比);混凝土的灰骨比为1∶3(质量比).测试时,砂浆和混凝土底面紧贴相同尺寸的标准金属铝板.按照GJB2038-94《雷达吸波材料反射率测试方法》测量微波反射率,采用分频段标准喇叭天线,微波入射角和反射角均为15°,以Ku波段天线为例,其口面尺寸为9.5c m×7.2cm,测试距离为2m,满足测试距离大于0.99m的天线远场条件要求.图2是采用拱形框法测得的砂浆和混凝土1~17GHz 频率范围内的微波反射率曲线.从图2可以看出,当测试频率变化时,砂浆和混凝土的反射率呈现规律性的周期波动现象,即反射率从极小值变化到极大值再变到极小值的特征,其中砂浆的波动特征尤为明显.表1列出了砂浆和混凝土的微波反射率极小值和对应的频率值,可计算出相邻反射率极小值的频率间隔.由表1可知,砂浆和混凝土的极小值频率间隔比较稳定,约为2.2GHz.产生该现象的主要原因是什么?作者猜测主要原因是试件表面的反射波与底部金属板界面的二次反射波相互干涉叠加的结果,从而呈现出显著的波动干涉现象.为验证这一猜测,设计了两个实验:一是测量移除试件底部金属板后的微波反射率;二是测量不同厚度试件的微波反射率.取走试件底部的标准金属板,底部更换为相同尺寸的微波吸收泡沫材料,以吸收穿透砂浆和混凝土的透射波,再次测量砂浆和混凝土板的微波反射率,结果如图3所示.当底部更换为微波吸收材料时,图3与图2相比,砂浆和混凝土反射率曲线随频率的周期波动特征显著减弱.主要原因是透过砂浆和混凝土底部的微波被吸收材料所吸收,试件-吸收材料界面的二次反射强度很弱,难以与试件-空气界面的反射波形成较强干涉,验证了试件表面和底面反射波干涉是反射率周期波动主要原因的猜测.从图3还可以看出:砂浆的反射率明显低于混凝土的反射率,表明砂浆的透射波较强;当砂浆底部为标准金属板时,较强的透射波经试件-金属界面反射,与砂浆表面反射波相互作用,在图2中呈现出比混凝土更显著的干涉波动现象,更进一步验证了这一猜测.当试件厚度改变时,上述波动现象会出现哪些变化?张秀芝[15]在水泥中掺入体积分数30%铁氧体,制作了厚度分别为15、20、30mm的水泥材料,试件底部紧贴金属板时的微波反射率曲线如图4所示.从图4可以看出,三种试件的微波反射率曲线均呈现出显著的波动特征,其中15mm厚试件反射率极小值的频率间隔最大,30mm厚试件反射率极小值的频率间隔最小,即试件厚度越大,反射率极小值的频率间隔越小.根据波动干涉原理,当表面和底面反射波的相位差为2π的整数倍时,则同相叠加反射率增强;当表面和底面反射波的相位差为π的奇数倍时,则反相相消反射率减弱.试件厚度越大,即表面和底面反射波的波程差越大,则较小的频率变化导致较大的相位变化,因而反射率极值的频率间隔变小.这种现象更进一步证实了表面和底面反射波的相互干涉是背贴金属板试件微波反射率曲线频域周期波动的主要原因.试件表面和底面反射波的相互干涉引起微波反射率曲线周期波动,波动极值频率点和两次反射的相位差密切相关,而相位的主要影响因素是波程差、频率和试件的电磁参数.那么,能否从微波反射率波动曲线计算出试件的电磁参数?建立模型如图5,混凝土试件底部为金属铝板.电磁波从A点以θi=15°入射,在自由空间-混凝土界面产生一次反射,透射波以折射角θt传播到底部B点,在混凝士-金属界面发生二次反射,最后经C点出射.设混凝土的折射率为n,微波频率为f,波长为λ,试件厚度为d,则两路波的波程差Δs为相应地,相位差为由式(2)可知,混凝士厚度、折射率和入射角一定时,两次反射波的相位差仅与微波频率或波长有关:当波长变化时,两路信号的相位差随之变化.在每一个反射率极大值频率点,一次反射和二次反射的相位同相,则反射能量增强;在每一个反射率极小值点,一次反射和二次反射的相位反相,相互抵消使反射能量减弱;当扫频频率偏离极小值点时,相位反相条件被破坏,总反射能量逐渐增强,直到相位同相叠加达到极大值频率点;当扫频频率偏离极大值点时,相位同相条件被破坏,总反射能量逐渐减小,直到相位反相相消达到另一个极小值频率点.相邻反射率极小值频率对应的相位变化为式中:c为光速;fi为反射极小值频率;θi为入射角;n=对混凝土等非磁性介质其相对磁导率为1,经化简,则相对介电常数为由式(4)和表1砂浆和混凝土的微波反射数据,计算得到砂浆和混凝土的介电常数,如表2所示.文献[16]测得混凝土相对介电常数与含水率的关系曲线,相对介电常数变化范围为7.0~8.9;文献[17]测得了混凝土相对介电常数与埋深的关系图,其变化范围为6.2~8.9.由此可以看出,表2计算结果与文献资料吻合.由式(4)可知:介电常数测试误差主要与试件厚度和极值频率间隔有关,试件厚度容易测得准确数值;频率间隔仅与反射率变化拐点有关,与反射率绝对数值没有直接关系,易于获得准确值,因而这种方法测试误差较小.与本方法相比,自由空间法和同轴法等都是从传输和反射率的精确数值出发,解算出材料的电磁参数,由于天线聚焦性能、试件表面粗糙度、试件边缘散射、环境杂波等都会显著影响反射率和透射率的精度,误差较大.本文提出了一种基于微波反射率波动特性测量混凝土介电常数的方法.实验和理论分析表明:拱形架法测量材料微波反射率时,被测平板上表面反射波和底面反射波的相互干涉,引起微波反射率随频率的周期波动,反射率波动相邻极小值的频率间隔与试件电磁参数、厚度和入射角度有关,因此,可方便地计算出混凝土的介电常数.该方法不需要精确的反射率数值作为计算参数,从而避免了杂波干扰引起的测试误差;该方法不需要同时测量透射率和反射率,也不需要测量样品两次状态(厚度或入射角度变化)的反射率,简便易行.该方法适用于非磁性、电损耗较小的固体介质的介电常数的测量.[1]石立华,徐其威,高成.小波建模法在混凝土材料介电常数时域测量中的应用研究[J].解放军理工大学学报,2002,3(6):35-38.SHI 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Chinese)刘君(1972-),男(土家族),重庆人,解放军理工大学电磁环境效应与光电工程重点实验室副教授,主要从事雷达隐身材料与雷达目标特性研究.许卫东(1966-),男,江苏人,解放军理工大学电磁环境效应与光电工程重点实验室副主任,教授,博土生导师,南京大学隐形技术与材料研究中心博士后,主要从事伪装技术与隐身材料.刘珩(1973-),女,安徽人,解放军理工大学电磁环境效应与光电工程重点实验室讲师,硕士,主要从事伪装材料研究.。
微波法提取磷酸铁锂介电常数
微波法提取磷酸铁锂介电常数
微波法提取磷酸铁锂介电常数是一种利用微波能量来提取磷酸铁锂材料介电常数的方法。
介电常数是表征物质电介质性质的一个重要参数,对于材料的性能和应用具有重要意义。
微波法提取磷酸铁锂介电常数的原理是利用微波的能量,通过偶极子旋转和离子传导两种机制,在样品内部产生热量,从而加速化学反应和溶解过程。
在这个过程中,磷酸铁锂中的铁离子和锂离子被溶解到溶剂中,形成了可溶性的铁锂盐。
微波法提取磷酸铁锂介电常数的步骤通常包括将磷酸铁锂粉末与适量的溶剂混合,然后将混合物放入微波反应器中,在微波辐射下进行加热和反应。
反应过程中,磷酸铁锂中的铁离子和锂离子被溶解到溶剂中,形成了可溶性的铁锂盐。
通过调整微波的功率和辐射时间,可以控制反应速度和溶解程度。
微波法提取磷酸铁锂介电常数的优点包括高效、快速、节能和环保等。
与传统方法相比,微波法可以显著缩短提取时间和降低能耗,同时避免使用有毒有害的化学试剂,减少对环境的污染。
此外,微波法还可以通过控制微波的功率和辐射时间,实现磷酸铁锂材料的均匀溶解和精确控制实验条件。
在实际应用中,微波法提取磷酸铁锂介电常数需要考虑到不同型号的微波反应器、溶剂的选择、样品量、微波功率和辐射时间等因素的影响。
同时,还需要注意安全问题,避免微波辐射对人体和环境造成危害。
总之,微波法提取磷酸铁锂介电常数是一种高效、快速、节能和环保的方法,具有广泛的应用前景。
未来可以通过进一步优化实验条件和提高提取效率,为磷酸铁锂材料的应用和发展提供更加可靠的实验支持。
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在微波知识方面要求掌握(1)速调管的原理、结构、 工作特性和微波信号源的使用方法;(2)波导管的工作 状态;(3)谐振腔的振荡模式、谐振曲线方程;(4)三 种基本测量——驻波、功率和频率的测量。
在科学研究手段方面要求(1)了解观测的物理现象 和测定的物理参数;(2)掌握测量原理、实验条件和测 量方法;(3)分析实验结果并做必要的讨论。
利用被测物体的介电常数、导磁系数、电阻率与周围 物质的差异而产生的反射信号,可制成探地雷达、汽车雷 达等。
人们利用微波的热效能和生物效能,还与别的产业相 结合,形成一些新的边缘学科,如:微波气象学、微波射 电天文学、微波波谱学、微波生物学等等。
微波实验的目的要求
目的:
学习微波基本知识和掌握微波基本测量技术;学习用 微波作为观测手段研究物理现象。
(a)小信号段:曲线呈非线性n=2(称:平方律检波) (b)大信号段:曲线近似直线n=1(称:线性检波) (三)矩形波导
波导管是引导电磁波传播的 空心金属管,一般是由铜或铝等良 导体材料制成,内表面渡银后可提 高导电率,银层上再渡铑或金可防 止银层氧化。波导管的加工非常精密,内表面光洁度要求很 高,能避免电磁波多次反射而产生的高次寄生波。常用的有 矩形和圆形两种。
微波器件
微波器件的种类很多,这里 介绍一些实验室通常用到的器件, 它都适用于三公分系统。
微波振荡器是产生微波的装置。由于微波波长很短, 频率很高(300MHz~300GHz),要求振荡回路具 有非常微小的电感与电容,故不能用普通电子管与晶 体管构成微波振荡器。构成微波振荡器的器件有速调 管、磁控管或某些固体元件。下面只介绍速调管 (一)反射式速调管
(六)测量线
微波测量线是一种通用的微波测量仪器。对微波信号
的检测中虽然可以在输出波导管
的后部装接检波器或功率计等器
件,但这些负载在接入终端后驻
频振荡周期,n为振荡模式,受反射级电压大小控制。
(二)微波检波二极管 微波系统中常用硅材料的二极管对输出信号进行
检波,将微波二极管(检波晶体)插入波导宽壁中, 使它对波导两宽壁间的感应电压(与该处电场强度成 正比)进行检波。
其伏安特性中电 -比例常数 n -二极管的检波率 检波二极管的伏安曲线可分二段来考虑
(五)可变衰减器
可变衰减器可被用来连续改变传输线路中的功率 电平,也可当作振荡器与负载之间的去耦器件。在矩形 波导内安置的吸收片应平行于电场的极化方向,并能做 横向的移动。通常,在不需要做功率衰减时,吸收片是 紧帖在波导管窄壁上。吸收片移到宽边中央时,功率衰 减最大,吸收片移动的位置可由衰减器上方刻度盘中显 示出来。可变衰减器刻度盘上的读数与衰减量之间的关 系可用功率计测定。
频率范围 (GHz)
频段名称
0.3~3
超高频UHF
3~30
特高频SHF
30~300
300~300 0
极高频EHF 超级高频
微波基础-微波的特点
• 波长极短,它与所使用的元件、设备的尺寸可比拟。比地 球上一般物体的几何尺寸小得多或在同一数量级上。
• 微波的频率很高,在不太大的相对带宽下可用带宽很宽, 所以信息容量大。并且在微波波段的电波能穿透电离层。
矩形波导的宽边定为X方向,内尺寸用a表示,窄边定为
y ,内尺寸用b表示,电磁波是沿z方向传播。
为方便对波导内场型的了解,通常将x、y方向称为“横 向”,z方向称为“纵向”。a与b的数值一般取:
a 0.7
b (0.3 0.35)
三公分的矩形波导内尺寸应为:
ab 22.86mm10.16mm
反射式速调管是一种微波电子管,利用速度调制 方法改变在交变电磁场中电子流的运动速度,从而将 直流能量转换为微波能量。它的振荡频率能在一定的 范围内改变,且容易调谐,并能做脉冲和频率调制。 反射速调管的结构如图:
反射式速调管的结构原理图
反射式速调管K-27的结构和管座图
阴极发射电子经直流加速电压加速,以初速度v。通 过谐振腔栅网间隙驰向反射极。因反射极对阴极为负电 压,所以使电子减速,最后将发射电子折返穿过谐振腔 栅网。由于热扰动等原因,谐振腔栅网存在一高频交变 场,初速为v。的电子穿过栅网时将因受高频电场作用而 加速或减速,如图所示。
(四)隔离器
微波隔离器是一种特殊的衰减器,隔离器对入射波的衰 减很小,对反射波的衰减则很大,两者之比值称为“隔离 度”。
使用隔离器目的在于减小因负载阻抗变化对振荡频率带 来的影响。一般在矩形波导的横向加上恒定磁场,
放置在波导横向的铁氧体片恰好能与反射波产生铁磁共 振,继而抑制了反射波,而入射波不会产生这种共振吸 收。但在做成器件后,隔离器对入射波也会产生一些正 向衰减,约为1dB,对反射的反向衰减则大于20dB。使 用时务需认清箭头方向以免装错。
• 微波的振荡周期极短,与电子在电真空器件中的渡越时间 相似。所以低频的电子器件在微波段都不能使用。
• 似光性,微波介于一般无线电波与光波之间,它不仅具有 无线电波的性质,还具有光波的性质,以光速直线传播, 有反射、衍射、干涉等现象。
微波基础-微波的应用
微波应用始于20世纪三十年代,开始主要是通信和 雷达。微波通信特点是信息容量大,抗干扰能力强。
当高频电场为正时,穿过栅网的
电子① 受到加速;高频场为负时,
穿过栅网电子③ 受到减速;而高
频场为零时,穿过栅网的电子② 速度不变,这就是速度调制。当电子群回到谐振腔栅网 间隙的时候,遇到腔内减速高频场就可把能量交给高频 场,从而使速调管维持振荡。当群聚中心电子从穿出栅
网到返回栅网的渡越时间满足式τ0=(n+3/4)T (n =0,1,2,3,···)时,发生最强的振荡,式中T为高
微波基础
• 什么是微波 • 微波的特点 • 微波的应用
微波基础-何为微波
微波是无线电波中波长最短的电磁波,它包括从1m~0. 1mm的波长范围,其频率范围从300MHz~3000GH z。划分为四个波段,如下表所示:
波段名称 分米波 厘米波 毫米波 亚毫米波
波长范围
1m~10cm
10cm~1c m 10mm~1m m 1mm~0.1m m