【摘 要】
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本课题以同轴结构传输线的温度特性和频率特性为理论基础,解决了高温高频条件下对固体薄片结构的样品的阻抗测量问题。主要研究对象为课题组自主设计并加工完成的全金属同轴结构夹具,并对其测量过程中产生的误差进行分析。在高温高频条件下,采用分布参数的分析方法推导出夹具末端的样品阻抗值。由于测量过程中高温及高频下产生的热胀冷缩、多次反射、电延迟等物理现象的影响,本课题从理论层面提出补偿修正计算,从而提高固体薄片
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本课题以同轴结构传输线的温度特性和频率特性为理论基础,解决了高温高频条件下对固体薄片结构的样品的阻抗测量问题。主要研究对象为课题组自主设计并加工完成的全金属同轴结构夹具,并对其测量过程中产生的误差进行分析。在高温高频条件下,采用分布参数的分析方法推导出夹具末端的样品阻抗值。由于测量过程中高温及高频下产生的热胀冷缩、多次反射、电延迟等物理现象的影响,本课题从理论层面提出补偿修正计算,从而提高固体薄片状样品的阻抗测量的精度。本文从以下方面开展了具有较大创新意义的研究分析工作:在高频条件下的测量误差补偿。电磁波在不同介质界面传播时,由于频率较高、波长较短,电场波的反射损耗增加,且趋肤深度减小,吸收损耗也增加。因此在样品与测试夹具表面间会产生多次反射现象,从而导致测量的结果发生偏差。同时,在薄片状的样品厚度与电磁波在样品中传播的波长相比之下变得不可忽略时,测量误差也会因为电延迟现象产生的相位差而变得不可忽略。另外,由放置被测样品而形成的电容结构是需要考虑边缘效应影响的,所以该结构下的边缘效应也是需要考虑的影响因素。对于高温情况,本文通过分析由热胀冷缩效应引起的结构变化,进而得到对应状态下的参数,用于分析高温对于夹具的影响。在明确了对结果有影响的物理现象之后,本文分别给出了对应的误差补偿公式,并在MATLAB环境下实现了误差补偿算法。其次,为了验证算法的有效性,在研究过程中使用HFSS环境中重建了夹具结构,并在仿真过程中通过改变放置在夹具中自定义样品的电特性以及薄厚,从而得到整体(样品+夹具)的阻抗谱特性在受到上述几种物理现象影响产生的变化。通过比较自定义样品的真实阻抗值与仿真计算后得到的修正阻抗值,通过对比可以得出存在的误差大小,在使用误差补偿算法之后,测量误差大幅降低。
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