用谐振腔微扰法测量微波介质特性+2.doc

用谐振腔微扰法测量微波介质特性2用谐振腔微扰法测量微波介质特性微波技术中广泛使用各种微波材料,其中包括电介质和铁氧体材料。微波介质材料的介电特性的测量,对于研究材料的微波特性和制作微波器件,获得材料的结构信息以促进新材料的研制,以及促进现代尖端技术(吸收材料和微波遥感)等都有重要意义。本实验是采用反射式矩形谐振腔用微扰法来测量微波介质特性的。反射式谐振腔是把一段标准矩形波导管的一端加上带有耦合孔的金属板,另一端加上封闭的金属板,构成谐振腔,它具有储能、选频等特性。而微扰法则是通过分析腔体的微小变形对谐振频率的影响,来测量谐振腔的一些主要参数的,它不仅对加深谐振腔的理解有帮助,而且在谐振腔的设计和调试中也有实际的应用。(了解谐振腔的基本知识。2(学****用谐振腔法测量介质特性的原理和方法实验原理:一、谐振腔的基本知识谐振腔是在微波频率下工作的谐振元件,它是一个任意形状的导电壁(或导磁壁)包围的,并能在其中形成电磁振荡的介质区域,它具有储存电磁能及选择一定频率信号的特性。1、谐振腔的基本参数谐振腔通常采用谐振频率f0(或谐振波长?0)、品质因数Q0及等效电导G0作为它的基本参数。(1)谐振频率f0(或谐振波长?0)谐振频率描述电磁能量在谐振腔中的运动规律。它是指在谐振腔中激起的电磁振荡的工作频率(或工作波长)。比较普遍的求解谐振频率的方法是“场分析的方法”,它从求解谐振腔的电磁场边值问题入手,导出谐振频率或波长。从电磁场理论可知,在自由空间中,电磁场满足的波动方程及边界条件为????2?E?kE?0n?E?02????2?H?kH?0n?H?012??k0??,μ、ε为谐振腔中介质参数,n是由腔壁导体式中,k?????k0????指向外的法向单位矢量,k是与谐振腔的几何形状、尺寸及波型有关的数值。在谐振腔内满足式1的电磁场对应于一系列的确定的kn值(称为本征值)。即2222无耗22?kn??n02或f0n?kn2?3求出了本征值kn后,谐振腔的谐振频率f0n即可由式3求出。在微波谐振腔中也存在着具有相同谐振频率而场结构不同的电磁振荡,一般称为简并振荡,这是不希望出现的。对于两端由良导体封闭的空气填充的规则波导传输线构成的谐振腔,产生振荡的条件是腔内形成稳定的驻波,这时,腔两端壁间的距离l应等于驻波波节间距?g的整数倍,即l?p?g2,(p?1,2,3?)4上式表明,在一定的腔体尺寸下,只有那些在腔中满足一定驻波分布的电磁振荡才能存在,而它们的波导波长?g由腔的截面形状和尺寸所决定,即?g?2p5该电磁振荡所对应的波长称为谐振波长?0。对于非色散波(TEM波),因为?g??0,所以有?0?2p6对于色散波(如TE,TM波),因为?g??0??0?????c????2故有?0?1????c相应的谐振频率可由f0?(2)品质因数Q1??p??????2l???227vc0的关系求出。?2?WWW?2???,当磁能最大时,电能为零,反之亦然。因此,储能W可表示为?2?211W???HdV???EdV92V2V式中V为腔的体积,μ和ε为腔所填介质的介质常数。当只考虑导体损耗时,腔的平均损耗功率为?2?