带状线法透波材料高温介电性能测试技术研究

第一章绪论 (1)

1.1选题背景和研究意义 (1)

1.1.1 课题来源 (1)

1.1.2 电介质材料综述 (1)

1.1.3 电磁波透波材料发展趋势 (2)

1.2材料电磁参数变温测试技术研究现状 (4)

1.2.1 网络参数法 (5)

1.2.1.1 自由空间法 (5)

1.2.1.2 传输/反射法 (6)

1.2.1.3 终端开路法 (7)

1.2.1.4 终端短路法 (7)

1.2.2 谐振法 (8)

1.2.2.1 腔体微扰法 (8)

1.2.2.2 谐振腔法 (9)

1.2.2.3 传输线谐振器法 (9)

1.2.2.4 介质谐振器法 (10)

1.2.2.5 准光腔法 (10)

1.2.3 网络参数法和谐振法的比较 (10)

1.2.4 总结 (11)

1.3电磁参数测试方法发展趋势 (11)

1.4本论文的主要研究内容 (12)

1.4.1 测试方法选择 (12)

1.4.2 测试方案研究 (12)

1.5本论文的组织结构 (14)

第二章带状线法测试原理 (16)

2.1带状线及其谐振腔特性 (16)

2.1.1 带状线的结构和特性参数 (16)

2.1.2 带状线谐振腔的结构和特性参数 (20)

2.2常温测试理论 (25)

2.2.1 横截面完全填充情况 (25)

2.2.2 横截面部分填充情况 (27)

2.2.2.1 保角变换法 (27)

2.2.2.2 传输线理论法 (29)

2.3小结 (33)

第三章高温测试理论 (34)

3.1高温下的均匀热膨胀测试物理模型 (34)

3.2非等温热膨胀测试物理模型 (35)

3.2.1 变温下腔体的分段计算物理模型 (35)

3.2.2 变温腔体校准 (36)

3.2.3 材料复介电常数的变温测试方法 (43)

3.3小结 (45)

第四章高温微波谐振系统的研制 (46)

4.1带状线谐振腔的优化设计 (46)

4.1.1 谐振频率 (46)

4.1.2 品质因数 (47)

4.1.3 干扰模 (50)

4.1.4 谐振腔的激励 (52)

4.1.5 谐振腔的综合设计 (53)

4.1.6 高温微波器件材料及加工工艺的选择 (54)

4.1.7 带状线谐振腔的制作和改进 (58)

4.2微波变温传输系统的研制 (63)

4.2.1 同轴线不连续性的计算 (64)

4.2.2 变温同轴传输线的研制 (67)

4.2.3 微波真空密封接头的研制 (71)

4.3小结 (73)

第五章高温自动测试系统的集成 (75)

5.1加热系统的研制 (75)

5.2真空隔热系统的研制 (77)

5.3温度采集与控制系统的研制 (79)

5.4微波高通滤波器的研制 (80)

5.5测试系统的集成 (82)

5.6测试流程的确定 (85)

5.7测试软件的编写 (87)

5.7.1 部分测试程序流程图 (87)

5.7.2 部分测试软件界面图 (92)

5.8小结 (93)

第六章样品尺寸优化与测试结果 (94)

6.1带状线样品的尺寸与放置方式研究 (94)

6.1.1 顶部放入方式的测试范围研究 (95)

6.1.2 底部放入方式的测试范围研究 (98)

6.2谐振腔变温宽频空腔测试 (99)

6.2.1 谐振系统高温宽频性能测试 (99)

6.2.2 谐振系统变温稳定性测试 (100)

6.3样品测试 (105)

6.3.1 样品的加工制作 (105)

6.3.2 样品的测试结果 (106)

6.3.2.1 几种典型材料的变温测试结果 (106)

6.3.2.2 重复性测试结果 (107)

6.3.2.3 不同测试方法的测试结果对比 (109)

6.3.2.4 变温测试结果与国外文献的对比 (111)

6.3.2.5 变温测试结果与其它高温测试设备结果对比 (115)

6.4小结 (117)

第七章误差分析 (118)

7.1系统误差源的确定 (118)

7.2模型不理想引入的测试误差 (122)

7.3电磁数值计算引入的测试误差 (123)

7.4其他系统误差源引入的测试误差 (124)

7.5小结 (126)

第八章结论 (127)

8.1本论文的主要创新点 (128)

8.2下一步工作建议及研究方向 (129)

致谢 (130)

VII

参考文献 (131)

附录部分误差计算程序 (140)

攻博期间取得的研究成果 (149)

一、文章发表情况 (149)

二、专利情况 (150)

VIII

第一章绪论

1.1 选题背景和研究意义

1.1.1 课题来源

本论文研究的课题源于某科研项目“××测试技术研究”。目的是要为应用在高速飞行器上的天线罩透波材料提供有效的高温介电性能评估手段，建立一套测试系统，可对高温透波材料复介电常数进行准确、可靠、宽频带、自动化测试。为高温透波材料的研究和应用提供重要的参考数据。

1.1.2 电介质材料综述

电介质材料是一种应用十分广泛的功能性材料，在电子设备中必不可少，复介电常数ε是评价电介质材料介电性能的重要指标。材料的介电特性是由电介质的极化现象产生的，电介质材料在内外电场力的作用下电荷发生移动导致极化现象，在电介质材料的表面和内部形成被束缚的电荷。材料的介电性能会随频率和温度的变化而变化。在外加电场强度一定时，材料的极化率越高，ε的实部越大，不同的材料有不同的结构极性，在电场作用下偶极矩的响应值不同，因而产生出不同的ε。当材料被引入到电磁场中以后，介质将被反复极化，复介电常数ε实部的大小反映了极化程度的强弱。同时由于介质材料分子存在摩擦阻力，极化电荷方向改变的速度就会跟不上电场变化的速度，这样它从电磁场中取得的能量就有一部分被介质吸收而转化成为热能。复介电常数ε的虚部表征了材料对电磁波能量的损耗程度[1,2]。

当电磁场作用于电介质材料时，外加电场E 使得材料的原子或者分子产生极化，从而导致电偶极矩，增大了总的电位移通量D 。这个附加的极化矢量称为电极化强度e P ，三者之间的关系为：

0e D E P ε=+ (1-1)

在各向均匀的线性媒质中，电极化强度与外加电场呈线性关系，即：

0e e P E εχ= (1-2)