大尺寸样品介电常数测试系统研究与应用

论文摘要

本论文的主要研究目的是对大尺寸样品进行介电常数测量,从而更准确地表征沥青混合料在不同温度下的介电特性,从而为沥青路面微波加热修复选择合适的加热时间提供依据。通过对现有的多种介电常数测量方法的研究和分析,因谐振腔微扰和自由空间法在测量方面的简便性适合大量样品进行快速的测量,最终选择这两种方法作为测量手段。根据一般材料介电常数的色散特性,决定用0.915GHz频率附近的介电常数测量值表征其在2.45GHz频率的介电特性,前人对大量材料介电常数的测量结果支持了这种做法的可行性,本文也通过测量实验进行了初步的验证。对介电常数的自由空间法点频测量系统进行了设计,并对关键部件——金属板透镜和三探针阻抗测试仪进行了计算和设计。通过软件仿真找到了样品对谐振腔微扰介电常数测量测试精度的影响,对样品的选择提出了建议。在谐振腔微扰法实验测量过程中,找到了合适的耦合孔尺寸;找到了一种基于数据插值的数据处理算法来测量谐振腔的Q值;通过对有机玻璃样品的测量验证了测试系统的准确性;通过对大尺寸沥青混合料介电常数的测量,找到了其介电特性随温度变化的特性。找到了一种结合软件仿真的数据修正手法来提高不符合测量条件的样品测量结果的准确性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 论文立题背景
• 1.2 介质的极化以及微波加热的原理和特点
• 1.3 本课题的研究意义
• 1.4 本文主要工作和创新点
• 第二章 测量原理
• 2.1 二端口网络的S 参数
• 2.2 介电常数测试方法概述
• 2.2.1 传输线法
• 2.2.2 谐振腔法
• 2.3 自由空间法原理和公示推导
• 2.3.1 常规的自由空间法
• 2.3.2 单天线的自由空间法
• 2.4 矩形谐振腔微扰法原理以及公式推导
• 2.4.1 矩形谐振腔基础
• 2.4.2 矩形谐振腔微扰法介电常数测试原理
• 第三章 关于谐振腔微扰法的软件仿真
• 3.1 电磁仿真软件HFSS 介绍
• 3.2 矩形谐振腔的仿真设计
• 3.2.1 关于腔体尺寸的仿真和选择
• 3.2.2 对样品的仿真
• 3.3 几种标准样品计算误差对比
• 3.4 仿真结论
• 第四章 自由空间法点频测试系统
• 4.1 系统介绍
• 4.2 测试过程和步骤
• 4.3 聚焦透镜天线
• 4.3.1 金属加速透镜的设计
• 4.3.2 使用在9.4GHz 的透镜初步设计结果
• 4.4 三探针阻抗测试仪
• 4.4.1 阻抗测试仪工作原理
• 4.4.2 使用在9.4GHz 的三探针阻抗测试仪的设计
• 第五章 谐振腔微扰法测试实验与结果
• 5.1 测试系统的搭建
• 5.2 耦合孔尺寸的确定
• 5.3 Q 值的测量算法
• 5.4 测试软件介绍
• 5.5 实测结果
• 5.6 沥青混合料测试
• 5.6.1 测试方法
• 5.6.2 测试结果
• 第六章 一种基于软件仿真的数据修正方法
• 第七章 结论及展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果