周舒

1概述

微波技術的飛速發(fā)展，對天線、微波元器件的要求在航空、航天、通訊技術與信息技術等高科技領域隨之提高，從而也催生了微波材料在這些領域中的廣泛應用，研究微波材料也有越來越重要的意義和實用價值；

目前市場上絕大部分微波材料生產商都無法提供準確的微波材料的介電常數，并且工作環(huán)境溫度會隨著微波器件上工作功率的提高而上升，這時候就需要得到隨溫度變化的微波材料介電常數，另外介電常數和磁導率通常會隨著溫度和頻率的變化而發(fā)生改變；在微波元器件中，功率升高，也會使其溫度升高，用于微波元器件中的微波材料工作溫度發(fā)生變化，影響了微波元器件正常工作，因此提出了微波材料介電常數變溫測試技術，本文將主要介紹微波材料寬頻段內介電常數的變溫測量問題。

2 測量方法

Nicolson、Ross和Weir等科學家在上世紀七十年代提出了一種電磁參數測試的方法，即NRW[1，2]法，也就是我們熟悉的傳輸/反射法。

傳輸/反射法是將被測樣品放置于傳輸線（矩形波導或同軸線）中，利用二端口網絡特性將測試夾具等效為一個雙端口網絡，通過矢量網絡分析儀測量這個二端口網絡的網絡參數，利用電磁參數與散射參數之間的關系反演得到被測材料的復介電常數，從而達到了將電磁參數測試問題歸結為互易雙端口網絡散射參數的測試問題。

圖2-1所示為同軸傳輸線待測件測量示意圖，同軸傳輸線中放入相對復介電常數為，長度為的待測材料樣品，沒填充被測材料部分的介質介電常數為。

其中，待測材料兩端到測量端口一、二的距離分別為d1、d2，介電常數為的傳輸線段的特性阻抗為，長為l的待測材料段的特性阻抗為，矢量網絡分析儀測得待測材料樣品兩端的S參數，利用反射系數和傳輸系數與S參數、介電常數的關系，最終反演出待測材料的復介電常數[3，4]。

3 測試系統

變溫測試系統的溫度控制系統選用了成熟的溫度控制儀RKC-CH102，配合熱電偶溫度傳感器和加熱棒使用，共同實現對溫度的加熱和控制，因為對介質材料進行高溫測量（最高達200℃），所以隔熱部分和散熱部分[5]目的是將待測件的溫度降至矢量網絡分析儀端口的使用溫度（-20℃～50℃），如圖3-1所示，其中待測件DUT包括了溫度加熱和控制部分。

4 測試結果

利用該測試系統首先對已知介電常數的材料空氣（介電常數實部為1）進行了復介電常數常溫測試，然后再對粉末材料進行了室溫～200℃，頻率1～18GHz的變溫復介電常數測試。

4.1 常溫測試

本文先對空氣進行了室溫測試，測試結果如圖4-1所示

由圖4-1可以看出，在常溫條件下，對空氣進行了五次測量，其相對介電常數偏差不大，重復性很好。

4.2 粉末材料變溫測試結果

測量范圍：室溫～200℃，頻率1～18GHz，每隔50℃取一個點，將得到的數據繪成溫度特性曲線如圖4-2所示。

如圖4-2所示，某粉末材料模擬在室溫～200℃范圍內一般隨著溫度的升高而升高。

5 總結

本文主要以同軸傳輸線理論為基礎，主要研究在頻段（1～18GHz）、室溫～200℃內粉末材料的介電常數測量，確定了使用同軸傳輸線作為測試夾具，通過MATLAB軟件編程反演幾種常見材料的介電常數，證明了本文所使用反演算法的可行性，最終完成了粉末材料的變溫介電常數測試?！?/p>

參考文獻

[1]Nicolson A. M， Ross G. F. Measurement of the Intrinsic Properties of Materials by Ti-me Domain Techniques. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement，1970，4（19）：377-382.

[2]Weir WB. Automatic measurement of complex dielectric constant and permeability at microwave frequencies. Proceedings of the IEEE 1974， 1（62）：33-36.

[3]田步寧，劉其中，楊德順，等.傳輸/反射法測量復介電常數的三個方程研究[N].宇航學報，2002.9.

[4]趙才軍，蔣全興，景莘慧.改進的同軸傳輸/反射法測量復介電常數[N].儀器儀表學報，2011，3.

[5]李恩.吸波材料電磁參數在X波段的變溫測試[D]. 成都：電子科技大學，2003.