在集成电路和半导体芯片的设计制造中,微波材料的电磁参数对于结构和尺寸具有非常明显的影响。复介电常数作为电磁参数的代表,是刻画器件电磁性能的重要物理量,对其进行精确测量值得深入研究。复介电常数的常规测量方法是测量一个样品整体平均的参数值,无法实现材料的局部参数的测量,而微波近场显微术是用来解决远场成像分辨率存在极限的问题。将微波近场显微系统与介电常数的测量系统相结合,以实现介电常数的高分辨率测量,满足微波频段下复合材料的测试需求。本文选题来自于国家自然科学基金科学仪器专项——微波大功率半导体芯片热态参数综合分析仪。在整套系统当中,探针将能量传输至样品并在针尖部分形成近场作用区域,是整套系统的核心组件,也是本文着重研究的对象。本研究从近场显微理论出发,结合10 MHz到110 GHz的宽频带测试需求,提出了两种满足需求的设计方案并进行了验证。主要工作内容可以归结为以下三点:(一)首先分析了探针在微波近场当中的作用,介绍了近场隐失波的作用机理和避雷针效应。在针尖附近的亚波长区域内,电磁场呈现静态特性并且存储无功且受到样品性质影响的电磁场能量。接着介绍了近场探针在测量介电常数方面的应用,最后提出了近场探针的设计要求并且搭建了探针测试平台。(二)由于微波与材料的相互作用是频率的函数,首先考虑将微波频带进行分组并在相应的频段组内分析微波的性质,结合探针的设计要求提出具体的设计方案。同时,对同轴和矩形波导两种典型的探针类型进行了具体的设计。从两种结构的电磁场分布出发,通过对传输过程中损耗和功率等因素的分析,提出了具体的尺寸要求。根据相应的尺寸设计要求和材料要求,分别利用仿真和实验对两种探针进行了验证。实验说明,在利用同轴和矩形波导是可以在一定的频率限定下实现微波近场的测试。(三)提出了利用不存在截止频率的共面波导结构设计来满足测试需求探针的方案。共面GSG(Ground-Signal-Ground)探针,是由三根金属导体组成的平面型近场探针。首先介绍了共面探针的特点,从理论方面分析了共面波导结构的电磁场分布、特性阻抗和损耗等概念,提出了共面波导设计当中的尺寸选择方法,利用仿真验证了共面波导结构在传输微波能量和测量标准样品时电磁场的分布情况。电磁场能量基本会被束缚在共面波导的缝隙之间,并且在末端与样品发生作用。最后,使用印刷电路板中技术制作了实际的共面波导并进行了实际回波损耗的测量。实验说明,需要通过尺寸设计以及校准来准确获得近场中共面波导结构探针的反射系数进而进行后续的分析。本文针对宽频带近场微波测试的需求,从近场微波显微理论出发,对在复介电常数测量中的近场探针进行了分析,并提出了相应的设计要求;其次提出了两种具体的探针设计方案,通过理论分析、仿真验证与实验测试三者相结合的方式进行了验证。