實驗室裝置波導法測量介電常數演示文稿目前一頁\總數三十一頁\編于二十二點實驗室裝置波導法測量介電常數PPT目前二頁\總數三十一頁\編于二十二點自然界中大多數物質在微波波段都呈現為有損耗的絕緣體，稱之為電介質，簡稱介質。介質在電場的作用下都會發生極化現象，即介質在外加電場的作用下其內部的正負電荷向著相反方向發生微小位移，從而產生許多電偶極矩。介質極化后在介質內部產生一個極化電場，這個電場的方向與外加電磁場的方向相反，大小與介質的極化程度、物質成分和物理狀態，外界溫度頻率等有關。介質的介電常數定義為電通量D與外加電場強度E的比值，是一個用來衡量介質中的電荷在外加電磁場作用下發生極化后的分布情況的一個常量介電常數目前三頁\總數三十一頁\編于二十二點

介電常數是一個由本身性質和外界環境共同決定的反映介質電特性的物理量。宏觀上反映介質對電磁波輻射，散射，反射，吸收，傳輸等特性，微觀上反映物質內部化學和物理結構。通過它將介質極化的宏觀現象和介質的微觀結構聯系起來。目前四頁\總數三十一頁\編于二十二點物質在靜電場中（無電磁波時）的介電常數是一個標量，實數

物質在交變電場中（有電磁波時）的介電常數是一個復數

介電常數的虛部反映波傳播的損耗，實部反映波傳播時狀態的改變，如相位，相速，波阻抗等的改變。目前五頁\總數三十一頁\編于二十二點介電常數測量方法傳輸線法－如波導法，同軸線，帶狀線

將被測介質作為傳輸線的一部分，測量負載（被測介質）在傳輸線（傳輸系統）上的行駐波分布，測量其駐波系數，波節點位置（相位），以此計算負載的反射系數，阻抗，網絡參量等，進而實現其介電常數的反演

目前六頁\總數三十一頁\編于二十二點諧振腔法－將被測介質放入諧振腔中，引起諧振頻率和品質因數變化，其測得的變化值與介質的介電常數有定量關系

自由空間波法－光學方法。通過測量介質的折射率，得到其與介電常數的定量關系。目前七頁\總數三十一頁\編于二十二點波導傳輸/反射法NRW傳輸/反射法：將待測樣品作為二端口網絡，測量兩個端口的s參數，即s11，s21,s22，s12，然后根據測得的s參數算出介質的介電常數該可以方法測量介質復介電常數，適應于同軸和波導系統，采用同軸線時傳輸波為TEM波，而波導系統中傳輸的是TE10波。該方法的優點是簡單且具有較的高精度，然而，該方法存在厚度諧振，多值，以及不易測量極薄材料等問題。目前八頁\總數三十一頁\編于二十二點目前九頁\總數三十一頁\編于二十二點CoaxialConverterWaveguideCoaxialVectorNetworkAnalyzersWave-guidemethoddielectricconstantmeasuringsystem目前十頁\總數三十一頁\編于二十二點ThePartsintheWave-guidemethoddielectricconstantmeasuringsystem目前十一頁\總數三十一頁\編于二十二點

同軸線校準同軸波導校準目前十二頁\總數三十一頁\編于二十二點一.矢量網絡分析儀同軸線校準打開矢量網絡分析儀，設置好掃描頻率（2－4G），點數（801），掃描時間（6ms）為了將測量的二端口網絡散射參數校準到同軸線的端口，要先使用矢量網絡分析儀的標準件（開路器，短路器，匹配負載，直通）和自帶的校準程序進行校準目前十三頁\總數三十一頁\編于二十二點二.同軸波導校準為了將同軸線兩端口的散射參數校準到測量波導的兩個端面，需要進行非標準件和自己編寫的校準程序進行同軸波導校準將兩轉換頭波導口對接：記錄此時的s參數，記錄為‘thru.s2p’在轉換頭波導口接上短路板：記錄此時的s參數，記錄為‘short.s2p’將校準用波導接在兩轉換器之間：記錄此時的s參數，記錄為‘line.s2p’將需要測量的對象接在轉換器之間：記錄此時的s參數導入校準程序，得到測量波導兩個端面的s參數目前十四頁\總數三十一頁\編于二十二點目前十五頁\總數三十一頁\編于二十二點樣品端面S參數到介電常數的計算

表示待測樣品的傳輸系數

表示待測樣品的反射系數

s11、s22、s21、s12表示待測樣品的s參數

目前十六頁\總數三十一頁\編于二十二點推導一：介電常數一Zc，Z0分別表示樣品和空氣的特征阻抗；表示波導的截止波長，只與波導尺寸和傳輸波型相關；表示空氣中的工作波長，；c為光速常數；

目前十七頁\總數三十一頁\編于二十二點厚度諧振問題：對于某些頻點，即樣品長度正好是半個波導波長的整數倍。S11->0，K值具有極大不確定性，產生尖峰，即厚度諧振，為不確定值，需要去除。目前十八頁\總數三十一頁\編于二十二點推導二：介電常數二

表示樣品段傳播常數。

多值問題：由于n可能取多個不同的值，值存在多個值，因而得到的介電常數可能存在多值。目前十九頁\總數三十一頁\編于二十二點厚度諧振和多值問題的解決結合兩個推導公式分別計算介電常數一（有厚度諧振但是無多值問題），介電常數二（有多值問題但是無厚度諧振）。將介電常數二與介電常數一進行比較，選取介電常數二中與介電常數一值范圍相近值為正確值。所得到的結果既避免了多值問題又避免了厚度諧振問題目前二十頁\總數三十一頁\編于二十二點干土的介電常數目前二十一頁\總數三十一頁\編于二十二點誤差分析及校正定位誤差信號傳輸方向上存在空氣段目前二十二頁\總數三十一頁\編于二十二點

定位誤差的校準波導口處的s參數為，樣品兩端面的s參數為

為空氣段波導的傳播常數，放樣品的波導總長度為l，樣品厚度為d，l1和l2分別為兩個測量端面到樣品位置的長度，一般情況都將空波導當作是理想傳輸線，即只存在相位的變化，而不會對信號產生衰減目前二十三頁\總數三十一頁\編于二十二點電長度l1和l2的計算

A為和的相位差目前二十四頁\總數三十一頁\編于二十二點間隙誤差波導壁存在空氣隙校正公式為其中是由測量數據中直接推導出來的值，表示修正以后的數值。表示窄邊樣品的高度，表示波導窄邊高度與樣品高度的差。

目前二十五頁\總數三十一頁\編于二十二點小結頻率，掃描點數，掃描時間設置同軸線校準－矢量網絡分析儀標準件校準同軸波導校準－非標準件校準S參數到介電常數的計算定位誤差校正介電常數一和介電常數二間隙誤差校正目前二十六頁\總數三十一頁\編于二十二點

同軸探針法測量介電常數目前二十七頁\總數三十一頁\編于二十二點Coaxialprobepermittivitymeasurementsystem目前二十八頁\總數三十一頁\編于二十二點Coaxialprobepermittivitymeasurementsystem目前二十九頁\總數三十一頁\編于二十二點Coaxialprobepermitti