无损介质介电常数实验

成绩：

评阅人：

电磁场与微波技术实验报告

学院信息科学与技术学院

专业通信工程

姓名余宪

学号 107

组别 19

时间2014.10.31

实验五 无损介质介电常数实验

一、实验目的

1.理解迈克尔逊干涉法测试的基本原理

2.测试不同材料的介电常数

二、实验原理

（一）实验仪器使用

微波分光仪两喇叭天线口面互成90度，半透射板与两喇叭天线轴线互成45度。固定的全反射板的法线与接收喇叭天线的轴线一致，可移动的全反射板的法线与发射喇叭天线轴线一致。三厘米固态信号源的“等幅”和“方波”档的设置，将数据采集仪的“等幅/方波”设置按钮等同于三厘米固态信号源的设置。在主菜单页面点击“迈克尔干涉实验”，弹出““建议”提示框”，这是软件建议选择的“采集点数”和“脉冲通道”，单击“OK ” 进入“输入采集参数”界面。

本实验默认选取通道2作为光栅通道插座和数据采集仪的数据接口。采集点数可根据提示选取。

（二）介电常数

介电常数决定电信号在介质中传播的速度，它与介电常数的平方根成反比。介电常数越低。传播速度越快。与介质本身特性、测量方法、测试频率、测试前及测试中材料状态、温度有关。当待测材料样品放在固定全反射板或者可移动全反射板处时（注：必须紧贴），介质板的引入使原来的相干波的相位发生变化，接收天线处测得的电压值也发生相应变化，通过移动介质板，比较移动位移和介电常数的关系，计算介电常数。B －A 得出可移动全反射板所移动的距离L ，结合材料厚度，通过介电常数计算公式计算出该介质的介电常数2

)/1(εW L +=。

本实验也可以直接通过对比有无介质板放入情况下峰值的位移来直接计算，峰值位移从屏幕观察，位移的数值从手摇标尺上读数。

三、实验容

（1）书本厚度选择一种，波长选择2种，完成两组数据及其曲线 书本厚度W=0.2993cm

①频率9GHZ 刻度尺3.258 波长λ=3.33cm

第一极小值： 第二极小值： cm cm L 505.020*******==

22.72)2993

.0505.01(2)1(=+=+=W L r ε

②频率9.4GHZ 刻度尺3.995 波长λ=3.19cm

第一极小值： 第二极小值： cm cm L 545.020*******==

96.72)2993

.0545.01(2)1(ε=+=+=W L r

（2）木片、玻璃、泡沫等其他任选一种，波长2种，再获得两组数据，记录曲线

木片厚度W=0.4220cm

①频率9GHZ 刻度尺3.258 波长λ=3.33cm

第一极小值： 第二极小值： cm cm L 660.020*******==

57.62)4220

.0660.01(2)1(ε=+=+=W L r

②频率9.4GHZ 刻度尺3.995 波长λ=3.19cm

第一极小值： 第二极小值： cm cm L 445.020*******== 22.42)4220

.0445.01(2)1(ε=+=+=W L r 四、实验分析

1.检索你所测试的材料的标准介电常数，并与所测的数据作对比，给出误差分析

答：

①频率9GHZ ；波长λ=3.33cm

1)书本相对误差%8.188%1005

.25.2-22.7=×= 2)木板相对误差%6.134%1008.2.82-.576=×=

②频率9.4GHZ ；波长λ=3.19cm

1)书本相对误差%4.218%1005

.25.2-96.7=×= 2)木板相对误差%7.50%1008.2.82-.224=×=

2.讨论这种测试方法的基本要求，即测试条件；写出操作步骤的注意事项，分析误差

答：

①基本要求：

1)在一个空气湿度以及温度都比较合适的地方；

2)用于测试的微波波长应该在一定围；

3)在实验中药匀速的转动微波分光仪读数机构上的手柄；

4)在实验中介质板应紧贴在全反射板上，两块全反射板应互相垂直。

②注意事项：

1)匀速转动读数机构的手柄。同时小心转动，防止读数机构上的全反射板抖动。

2)介质板必须紧贴全反射板。

3)防止手臂或身体挡住微波反射、折射路径。

③分析误差：

介电常数并不是非常容易测量或定义，它不仅与介质本身性质有关，还与测试方法、测试频率、测试环境（温度、湿度）、测试前以及测试中的材料状态有关，同时测试中也不可避免存在误差。

3.材料的介电系数是常数吗？是否会对测试频率/波长敏感？

答：

介电常数并不是非常容易测量或定义，它不仅与介质本身性质有关，还与测试方法、测试频率、测试环境（温度、湿度）、测试前以及测试中的材料状态有关，介电常数不会是常数。根据测试数据，可知介电常数并不是常数，其对波长敏感，随频率升高，其值变小。因此，材料的介电常数对测试频率/波长敏感。