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如何使用矢量网络分析仪进行材料特性的测量
张涛
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任何材料都会对入射到此材料的电磁波产生影响，例如，部分电磁波能量会被反射回入射的方向，也有部分可能会被透射到材料的另外的表面，还有部分电磁波能量会被消耗在材料中并转换成为其他形式的能量，例如变成热能。
不同的材料对不同频率和能量的入射电磁波可能会有不同的特性表现。例如，眼镜镜片就是我们用于对光波（很高频率的电磁波）进行影响的一种材料。一般的视力校正镜片希望入射的光波能量全部从镜片的另外一个表面透射出来，而墨镜镜片主要是将入射的光波消耗掉（或反射回入射方向，例如表面金属镀膜），不同颜色的墨镜对不同频率（颜色）的光波的透射消耗不同。测量目标 · 介电常数：是描述材料与电场相互作用的一个量。一般为复数，其实部（ε’）表征外部电场中存储于材料中的能量，虚部（ ε’’）表征外部电场在材料中消耗的能量。对于不同方向的电场，材料的介电常数可能不同。 · 磁导率：是描述材料与磁场相互作用的一个量。一般也为复数，同样其实部（µ’）表征外部磁场中存储于材料中的能量，虚部（ µ’’）表征外部磁场在材料中消耗的能量。有些材料，例如，铁，钴等金属和其合金具有磁滞特性。如果知道了材料的介电常数和磁导率，我们就可以计算出电磁波在材料内部和两种不同材料的表面的反射，损耗和透射的特性。材料的高频测量应用通过对材料的高频特性测量直接推算出此材料在高频应用中的表现，例如，对材料的电磁波吸收特性的测量，我们可以推算出将此材料涂在飞机表面后飞机对雷达的隐身效果。再例如，对纤维板材料的高频特性测量，可以推断出此类材料是否适于作为电路板。
谐振法
主要包括高Q 腔法、矩形腔法、微带谐振器法、带状线谐振器法、超导腔法、介质谐振器法、谐振腔微扰法等。标准圆柱形谐振腔高Q腔法采用TE01p模，被测样品加工成圆片状置入腔内，在测得谐振腔加载前后的谐振频率和固有品质因数后，可得介质材料的微波复介电常数。该方法由于利用了腔的高Q值和被测样品重加载，测试准确度较高，往往在国家计量部门作为计量标准。矩形腔法由块状被测样品填充矩形腔，矩形腔的横向尺寸与介质大小一样，而纵向为部分填充，工作模式通常取TE10p模。采用较小介电常数的被测介质材料置入谐振腔，对腔内场进行微小的扰动，通过对谐振频率进行测量，可得介质材料的复介电常数。但微扰较大时，将会出现较大的测试误差。微扰法主要有TM0n0的圆柱腔微扰法和TE10p的矩形腔微扰法。超导腔法是利用当测试腔置入低温环境下其微波表面电阻低，Q 值高的特点对介质材料的复介电常数进行测量，因为它的Q 值较常规腔高得多，所以它尤其适用于对较低损耗材料的测量。微带谐振器法通常将被测介质作为环状微带谐振器的衬底，带状线谐振器法通常将被测基片作为带状线谐振器的衬底材料，对其谐振频率和Q 值进行测量，可求得复介电常数。该方法十分适合用于对基片复介电常数的测量。将圆柱形高介电常数、低损耗的被测介质置入两金属板之间以构成谐振器进行测量的方法， 其测试的准确度较高。这种方法对测高介电常数的介质材料，目前仍为最有效的方法。谐振法在测试准确度方面，尤其是低耗材料的损耗测试方面，比起传输要好得多。但是对于高损耗介质材料，谐振法难以找到谐振峰。测试往往是在某一个频率点进行，从而限制了它的测试频带。近年来，为了弥补它的不足，往往采用多模技术以扩展其测试频带。
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