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嘉峪檢測網(wǎng) 2019-07-15 16:39
吸波材料電磁參數(shù)測試方法按激勵(lì)信號(hào)的不同，可以分為時(shí)域，頻域，色散傅里葉變換波普三大類，時(shí)域和頻域方法分別以階躍函數(shù)的脈沖波、周期函數(shù)的正弦波作為激勵(lì)信號(hào)。此外色散傅里葉變換波普法是以白噪聲源作為激勵(lì)信號(hào)。在射頻與微波的頻率范圍內(nèi)，就測量精度而言，時(shí)域方法不如頻域方法，而色散傅里葉變換波普法只能用于遠(yuǎn)紅外亞毫米波段，因此在微波射頻頻段使用頻域方法來測量材料的電磁參數(shù)是比較有效的，如果按照使用頻率范圍的不同，可以將各種頻域測量方法大致分為微波測量方法和射頻測量方法兩種，微波測量方法采用分布參數(shù)系統(tǒng)，成為目前比較主流的電磁參數(shù)測量方法。而射頻測量方法則采用集總參數(shù)回路，具體的分類如圖1
圖1 吸波材料電磁參數(shù)測量方法分類
國內(nèi)外對(duì)射頻介質(zhì)材料介電特性的研究也很多，由于測試材料的使用頻率范圍不同，介電參數(shù)不同，物理狀態(tài)不同，外形尺寸不同等，為滿足其測量需求電磁參數(shù)測量方法也變得多種多樣。在這里先簡單介紹一些目前比較主流的電磁參數(shù)測量方法的原理優(yōu)缺點(diǎn)及使用范圍
1、駐波法
駐波法也叫做測量線法，它的基本原理是將填充介質(zhì)樣本的波導(dǎo)段或者同軸線作為傳輸系統(tǒng)的一部分來測量材料的介電參數(shù)。其中常用的方法是終端短路法或者終端開路法。如圖2所示，待測樣品端接在測量系統(tǒng)末端，繞后在它的輸出端接上短路器或者開路器，根據(jù)待測樣品引起的駐波比和駐波節(jié)點(diǎn)的偏移，從而能夠確定材料的復(fù)介電常數(shù)。
圖2 駐波法測量系統(tǒng)示意圖
優(yōu)缺點(diǎn)：駐波法測量的方法及原理清晰，不需要復(fù)雜的測量儀器和設(shè)備且成本低廉，僅通過測定測量線的 終端短路、開路兩種狀態(tài)下的駐波比變化來獲得復(fù)介電參數(shù)，方法簡便，但由于微博測量所涉及的是電磁場在傳輸系統(tǒng)中所呈現(xiàn)的駐波分布問題，往往需要根據(jù)手動(dòng)采集的數(shù)據(jù)來計(jì)算相關(guān)微波參數(shù)，所以過程繁瑣，工作量大，其測量精度很大程度上屈居于測量操作經(jīng)驗(yàn)，并且對(duì)通一樣品的不同頻率點(diǎn)進(jìn)行測量將會(huì)耗費(fèi)大量時(shí)間精力。
2傳輸/反射法
傳輸反射法是將待測材料樣本放入同軸空氣線中，電磁波在傳輸線的空腔中傳輸時(shí)，當(dāng)遇到待測介質(zhì)樣本，一部分電磁波會(huì)直接透射過去，另一部分則被反射回來，在這個(gè)過程中同事伴隨著相位的偏移和能量的衰減?，F(xiàn)將整個(gè)同軸測試系統(tǒng)等效為一個(gè)二端口網(wǎng)絡(luò)。如圖3 和圖4 ，通過矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測量兩個(gè)端口的散射參數(shù)，從而通過相關(guān)算法反演出材料的復(fù)介電參數(shù)。
圖3 傳輸/反射等效法二端口網(wǎng)絡(luò)
圖4 傳輸/反射法測試模型
優(yōu)缺點(diǎn)：該方法公式推導(dǎo)較為簡單，可以進(jìn)行掃頻測量，且測量頻帶較寬，也有較高的測量進(jìn)度，但由于受到測試材料形狀的限制，使得該測量方法具有破壞性，所以并不適合用于現(xiàn)場測量，并且當(dāng)試樣厚度為介質(zhì)半波長的整數(shù)倍時(shí)，測試結(jié)果會(huì)出現(xiàn)較大的偏差，產(chǎn)生所謂的“厚度諧振”問題，若采用傳動(dòng)的算法，還會(huì)出現(xiàn)多值性問題，另外，該方法目前還無法測量厚度遠(yuǎn)小于介質(zhì)波長的“極薄”材料。當(dāng)放入同軸空氣線中的材料與同軸內(nèi)壁不緊密粘合時(shí)，會(huì)使得測量誤差增大。
3、開口同軸探頭法
開口同軸探頭法是將介質(zhì)基片樣本緊貼在終端開口的同軸線的末端，通過對(duì)介質(zhì)基片內(nèi)和通州線體內(nèi)的電磁場的測量及計(jì)算來得到所需要的電磁參數(shù)。這種方法是基于耦合模技術(shù)，變分法，格林函數(shù)，hankel變換，bessel函數(shù)的正交性等方法來實(shí)現(xiàn)測量的，基本原理如圖5和圖6所示
圖5 開口同軸法測試模型
圖6 開口同軸法系統(tǒng)框圖
優(yōu)缺點(diǎn)：開口同軸探頭法具有非破壞性，快速，操作簡便等諸多特點(diǎn)，且不需要檢測相位信息，適用于現(xiàn)場測量，單其測量精度收到一定的限制，他的終端可以加無限大的介質(zhì)，只要平面平滑即可，切在一般情況下，介質(zhì)以為的輻射是比較小的，所以可以不考慮輻射帶來的損耗，該方法一般可以配合FDTD法來進(jìn)行計(jì)算，由于必須采用場的方法來計(jì)算所需要的介電常數(shù)，所以一般情況下計(jì)算較為復(fù)雜，很難得到解析解，所以必須借助于數(shù)值軟件和方法來完成計(jì)算。
4、自由空間法
自由空間法是利用聚焦透鏡喇叭天線將電磁波輻射到自由空間，當(dāng)遇到待測樣品是，電磁波發(fā)生反射和透射。利用天線接收這些反射和透射信號(hào)，并且忽略待測樣品邊緣繞射的影響，最后計(jì)算出介質(zhì)材料的電磁參數(shù)。基本原理如圖7所示，先令掃頻源發(fā)出微波能量，經(jīng)過大測樣品透射后，在接收端進(jìn)行檢波，之后再由標(biāo)量網(wǎng)絡(luò)分析儀測出傳輸系數(shù)的模值，最后在通過總線送回計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和計(jì)算。
圖7 自由空間法測試模型
優(yōu)缺點(diǎn)：自由空間法的樣品制備較為容易，值需要一塊相對(duì)面積足夠大切表面平攤的介質(zhì)材料，以避免電磁波繞射的影響，它可以對(duì)材料進(jìn)行取向測試，以滿足常規(guī)測試和某些特殊測試的需要，看實(shí)現(xiàn)對(duì)介質(zhì)材料復(fù)介電常數(shù)的寬頻帶掃頻測量，可完成一定測試場合的非損傷測試，測試系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)也較為簡單，但計(jì)算過于復(fù)雜，需要通過復(fù)雜的算法將實(shí)驗(yàn)測量值推算出材料的電磁參數(shù)。
5、諧振腔法
諧振腔法的基本原理為將較小介電常數(shù)的單側(cè)介質(zhì)樣本放入封閉或開放的諧振腔內(nèi)，對(duì)腔內(nèi)場進(jìn)行微小擾動(dòng)，通過放入前后腔內(nèi)品質(zhì)因素Q值和諧振頻率的變化，從而來推算出介質(zhì)材料的復(fù)介電常數(shù)和復(fù)磁導(dǎo)率，測量原理如圖8.
圖8 諧振腔法原理圖
優(yōu)缺點(diǎn)：諧振腔法對(duì)于測試材料的制備要求較高，并且需要實(shí)現(xiàn)知道腔體內(nèi)部的電磁場分布情況，以便更科學(xué)的放置探針來傳輸電磁波，通過加入介質(zhì)所引起的諧振頻率的變化進(jìn)行測量，而且加入的材料不能很大的影響諧振腔內(nèi)的場分布，否則探針的位置將發(fā)生相對(duì)變化。該方法比較適合測量較小介電常數(shù)的介質(zhì)材料或薄膜材料。
來源：Internet
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