基于矢量网络分析仪的相对介电常数扫频测量.pdf

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1、2011年4月第3l卷第2期宇航计测技术J0umalofAstmnauticMetrologyandMeasurementApr．，201lV01．31．No．2文章编号：1000一7202(2011)02—0027一04中图分类号：TM930．12基于矢量网络分析仪的相对介电常数扫频测量秦凡韦高(西北工业大学电子信息学院，西安710129)文献标识码：A摘要采用波导短路法对介质材料的相对介电常数进行扫频自动测量，通过Vc++开发了一套宽频带(8GHz—18GHz)复介电常数自动测量系统。用矢量网络分析仪对波导采样器进行扫频测量，不仅可以得到被测材料介电常数的频率特性，而且能

2、够解决超越方程多值解的判断问题，并减少了测量中的误差。通过对介质样品的实际测量，可以发现，该自动测量系统操作简单、测量速度快，测量结果能够达到较高准确度，结果令人满意。关键词矢量网络分析仪电容率波导短路MeasurementwithSweepingFrequencyf．0rComplexPermittiVityBasedonVNAQINFanWEIGao(Sch砌ofEktmics锄dInfonn砒ion，Nonll懈temPol”echlIicaluniVersit)r')【i’蚰710129)Abstr雏tThewaveguidememodofmeasuringt王lec

3、omplexpemittiv时parameterisused，粕dthen粕automaticmeasuresystem(8GHz～18GHz)b鹪edonVC++isbuilt．Theme鹊urementusingVNA(VectorNetworkAnalyzer)withsweepingf诧quencynotoIllycouldgetthef．requencycha瑚cteristicofcomplexpe珊itti“tybutalsomaket}Iechoiceofco∞ectresultintlIediⅡbrentresultsoftmIlscendentaIequa

4、tionconVenient，andtlleaccuracy0fme硒ureresultsisimproVedt00．Throughactualmeasurement，tlleautomaticme晒uresystemise船yt0operate觚dworksathighspeed．Thetestedresultsreachhighaccuracy锄dsatisfytllerequirementsofproject．KeywordsVectorNetwork肌alyzerPemittivityWaveguideShortcircuit1引言复介电常数是表征介质材料电磁特性最重

5、要的参量之一。为使其付诸使用，必须准确地知道介质材料的复介电常数。介质材料的复介电常数可表示为：占，=87一拈”=占’(1一^a惦。)‘1

6、，只要能够计算出相对介电常数占’和损耗角正切ta硒。，就可以得到介质材料的复介电常数。本文采用矢量网络分析仪进行材料复介电常数扫频测量，通过计算机程控矢量网络分析仪读取测量数据并进行分析计算，不但实现了测量过程自动化，而且大大提高了测量准确度、缩短了测量时间，同时利用扫频测量数据可以方便地解决超越方程多解判断问题，为介质材料复介电常数的扫频准确测收稿日期：2010—10一18作者简介：秦凡(1987一)，男，硕士研究生，主要研究方向：微波

7、测量、微波技术与天线。宇航计测技术2011年量提供了一套理想的解决方案。2测量原理基于矢网的相对介电常数扫频测量系统结构‘2。3如图1所示。该系统采用短路波导法‘1训进行测量，矢量网络分析仪对采样波导的复反射系数进行测量，根据加载被测样品前后短路波导复反射系数的变化，即可算出样品的介电常数。匡丑》图l基于矢网的相对介电常数测量系统图如图1所示，其中Z为被测介质样品的厚度，n为矢量网络分析仪在参考面测得的未加载介质样品时短路空波导的复反射系数，L为加载介质样品后短路空波导的反射系数。由微波传输线理论可得：53机；。t一象e唰型一上!!∥倒-+象e一猁式中：r介质样品填充波导的复

8、传播常数；y=a+粥，a——介质填充波导的衰减常数；卜介质填充波导的相位常数；风——空气波导中的传播常数。由复超越方程(1)解得口，厣，即可代入下式求出相对介电常数B和损耗角正切ta醇。【2J。”(嘉)‘【(詈)2+矿。】(2)ta硒。=__型L(3)。f卫1+矿一a2、口，’式中：A。——测试频率下自由空间的波长；口——波导宽边尺寸。由上式所得的相对介电常数和损耗角正切为多值解，可通过以下判断得出正确解。2

9、：若已知介质材料相对介电常数的范围，可直接在多值解中判断出正确的相对介电常数和损耗角正切；若未