随着毫米波通信、精确制导、电子对抗、微波/毫米波生物医学以及电磁辐射防护等技术的应用和发展，实现毫米波段低损耗电介质材料的复介电常数测量具有重要的理论意义和工程价值。　　 目前在复介电常数测量领域中，高精度测量、高频测量、宽带测量、相对介电常数大范围测量、无损测量以及自动化测量成为主要发展方向和趋势。本论文紧密围绕这些发展方向而展开研究工作，选择开放腔测量技术来实现毫米波段低损耗固体电介质材料的复介电常数测量，成功研制和构建了Ka波段和W波段开放腔测试系统用于平面材料复介电常数测量，两套测试系统操作简便、测试结果可信而且精度高；在完善和发展传统开放腔测量技术(即用于平面材料测量的开放腔技术)的同时，又分别从匹配法和开放腔波束压缩法两个角度来讨论凹凸型材料和一般非平面材料的复介电常数无损测量技术，从而延伸和发展了传统开放腔技术。本文工作主要包括以下几个部分：　　 1.在开放腔的理论分析和设计中，推导了二阶理论下开放腔的固有Q值公式；根据微扰法得出镜面粗糙度影响测量精度的相关公式和结论；给出腔设计的主要参量、合理流程和经验总结。　　 2.在开放腔法应用于平面介质材料测量中，通过研制和构建Ka波段和W波段上的两套开放腔测试系统，分析了开放腔两面镜间不平行度对测试精度的影响，解决了测试频率范围扩大、宽带内腔长的精确确定、主模识别、相对介电常数真值确定(即多值性问题)、测试系统误差的完整分析、测试系统的评估和检验、自动测试系统的便捷构建等理论和技术难题。与此同时，还就开放腔法应用于多层材料测量、高损耗材料测量和高温测量情形进行展望。　　 3.在开放腔应用于凹凸型非平面材料的复介电常数测量中，推导出基于开放腔二阶理论的复介电常数反演公式，构建了毫米波段凹凸型材料复介电常数测试系统，并进行测试理论的实验验证和实际应用。　　 4.在聚焦开放腔系统应用于非平面材料的复介电常数测量中，提出采用扩展半球介质透镜可实现腔内波束压缩；采用光学矩阵法和开放腔自再现条件成功分析了含扩展半球透镜的开放腔，得出聚焦腔内场分布的解析解，给出毫米波段实用聚焦腔的结构参数；推导出聚焦开放腔系统用于平面材料和非平面材料复介电常数测量的理论公式，并阐述其测量原理。