周期电磁结构的空间散射参数测量方法研究

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随着微波技术的不断发展,各种新型电磁材料如雨后春笋般纷纷涌现。材料的制作、研究与电磁参数息息相关,电磁参数的不同从根本上决定了材料特性的不同。所以在材料科学与微波技术的结合与发展,给人们带来方便的同时,研究微波材料的电磁参数在科学理论与工程实践中有着十分重要的作用。基于对微波材料电磁参数的研究需要,搭建微波材料电磁参数的测试系统是非常重要的。本文基于网络参数法理论基础,满足对宽频带以及适用广泛性的需要,提出了两种测试方法:自由空间法、平行板波导法,具体研究内容如下:(1)设计并搭建了宽带测量电磁参数的自由空间法测试系统。根据对自由空间法测量原理的研究,结合矢量网络分析仪,搭建了宽频带测量电磁参数的自由空间法测试系统,该测试系统满足2~15 GHz范围内测量电磁参数的要求。为了验证搭建的自由空间法测试系统的有效性,对已有的周期电磁结构进行了测试。测试结果表明,搭建的自由空间法测试系统可以测量周期电磁结构的电磁参数,并且具有宽带测量、精度高、测试简单、非接触性、非损坏性等优点。(2)设计并搭建了宽带测量电磁参数的平行板波导测试系统。根据平行板波导理论以及传输/反射法测量原理,搭建了宽频带测量电磁参数的平行板波导测试系统,该测试系统满足测量1~10 GHz范围内测试电磁参数的要求。为了验证搭建的平行板波导测试系统的有效性,设计了周期电磁结构并加以测试。测试结果表明,平行板测试系统可以用于测试招周期电磁结构的电磁参数,测试系统具有结构简单、占用空间小、加工方便、成本低、测量宽带等优点。(3)利用平行板波导对材料的介电常数测量展开研究。首先对于测试过程中可能出现的问题提出相应的解答。接着结合平行板测试系统,对现有的介质板进行测试得出散射系数,并进行反推电磁参数。反推结果显示,在4~8 GHz工作频带内,利用平行板波导可以测量微波电磁材料的介电常数,测量误差最大为8%、测量带宽为68%。(4)利用高级程序语言结合MATLAB设计了一个自适应智能化软件。根据高级语言理论基础以及软件设计原理,对自适应智能化应用软件进行了设计。软件主要包括数据读取模块、数据处理模块、图像生成模块等,最后展示了软件的运行结果。运行结果表明,设计的自适应智能化软件满足配合设计的测试系统测量电磁参数的功能。
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