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微波毫米波测试技术及仪器发展动态-下


微波技术新进展

微波毫米波测试技术 及仪器发展动态 (下)
2008年 年

多功能多参数综合测试系统

自动测试系统硬件资源
仪器与模块资源丰富: ◇GPIB总线台式仪器:136型号产品 ◇VXI总线测试模块: 26型号产品 ◇PXI总线测试模块: 16型号产品 ◇PCI总线测试模块:7型号产

品 ◇LXI总线测试模块(正在开发)
七种VXI模块到20GHz 七种PXI模块到3GHz 微波和射频模块品种齐全

自动测试系统软件平台

Center软件平台 软件平台: Test Center软件平台:
集开发、 ◇集开发、运行和管理于一身的综合软件平台 具有开放、通用、可扩展、 ◇具有开放、通用、可扩展、便于二次集成 支持各种主流开发软件的TPS ◇支持各种主流开发软件的TPS 第一个国产的具有自主 知识产权的集开发、运 行和管理于一体的自动 测试系统平台软件。

天线与RCS测试系统

天线测试系统
天线测量系统组成
发射天线

天线转台

测试混 频模块

毫米波倍 频源模块

当用于微波频段 时去掉此模块 AV3860 型微波放大器

参考混 频模块 参考天线 本振与中频分配装置

发射 信号源 主控计算机

本振 信号源

转台控制器

AV3630高灵敏度幅相接收机

雷达散射界面测试系统
接收天线 发射天线 参考混 频模块 测试混 频模块

RF+IF+DC

用于微波频 段时去掉此 模块

毫米波倍 频源模块

本振与中频分配装置

发射信号源
转台控制器

本振信号源 四通道高灵敏 度幅相接收机

RCS 测量 系统 组成

主控计算机

天线与RCS测试系统
RF 微波:基波混频器 毫米波:谐波混频器

斜率衰减器 (使混频器 工作于最佳 工作状态)
DC-20MHz

IF

LO

DC 双工板 本振与中频三工器

本振功率放大(混 频模块原理主机25 放大器 米正常工作)
100MHz-20GHz

DC 20MHz 100MHz-20GHz

三工器(直流偏置、中 频信号和本振信号共用 一根同轴电缆)

材料测试系统
传输线测量方法

弓形框测试系统

微波介质材料测量技术
微波介质材料的应用 微波介质材料的种类: (1) 低耗和吸波材料 (2) 电介质和非电介质材料 (3) 低介电常数和高介电常数材料 (4) 不同的外形结构材料 介质材料测试的重要性

测试方法的分类
传输法 谐振法

测试方法的分类 传输法
主要包括波导法、同轴线法、带状线传输 法、自由空间法以及传输线终端加载法 主要优点:测试频带宽,可测试电磁参 数,适于高损耗材料的测试 主要缺点:对低损耗材料的损耗测试误 差较大

测试方法的分类 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 主要优点:测试准确度高,特别适合于 低损耗材料的测试 主要缺点:测试频带窄,不能同时测试 电磁参数

传输法测量
传输法是将被测材料置入测试装置中,将其 作为双口网络,测量此双口网络S参数,从而推 算出微波的材料参数 也可将被测材料置入传输线终端作为单口网 络,并对复反射系数Γ进行测量,从而推算出被 测材料的复介电常数 波导、同轴线和带状线传输法 几种常见方法: 几种常见方法: 传输线终端加载法 自由空间法

传输法测量

波导、同轴线和带状线传输法
波导、同轴线和带状线三种传输测试方 法均属于闭场测试方法 被测材料可构成双端口网络散射参数, 可同时测出被测材料的复介电参数和复导 磁率

传输法测量

传输法测量

传输线终端加载法
将被测样品加工成可嵌入波导或同轴线内填满终 然后终端用金属片短路, 端,然后终端用金属片短路,这样就构成了传输线 终端加载法 将较大面积的片状介质材料放置在同轴或波导端 口外进行测量 利用传输线入射的波经被测介质反射后对复反射系 进行检测,可推算出被测材料的复介电常数。 数Γ进行检测,可推算出被测材料的复介电常数。 该方法可进行无损测量, 该方法可进行无损测量,但对低耗材料的损耗测量 误差较大

传输法测量

传输法测量

开口同轴探头结构示意图

开口同轴法测量系统

FDTD法网络划分 法网络划分

自由空间法
自由空间测试法属于开 场测量方法, 场测量方法,它具有如下 优点: 优点: 1)因为所采用的电磁波 为线极化平面波, 为线极化平面波 , 所以 可对材料进行取向测试; 可对材料进行取向测试 ; 2)可实现对介质材料复 介电常数的宽频带测量; 介电常数的宽频带测量 ; 3)在某些场合可完成非 损伤测试

传输法测量

自由空间法

传输法测量

谐振法测量
谐振法是通过测试谐振腔( 谐振法是通过测试谐振腔 ( 器 ) 的 谐振频率和固 有品质因数, 有品质因数 , 从而计算出介质材料的微波复介电 常数 谐振法在测试准确度方面, 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, 耗测试方面,比起传输要好得多 对于高损耗介质材料,谐振法难以找到谐振峰, 对于高损耗介质材料 , 谐振法难以找到谐振峰 , 所以只能对低耗材料进行测量, 所以只能对低耗材料进行测量 , 而且测试往往是 在某一个频率点进行,从而限制了它的测试频带 在某一个频率点进行, 近年来,为了弥补它的不足, 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

谐振法测量
常见方法: 圆柱形高Q 圆柱形高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

圆柱形高Q腔法

谐振法测量

标准高Q腔法采用圆柱形谐振腔的TE01p 模,被 圆片状置入腔内,在测得谐振腔加 测样品加工成圆片状 圆片状 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 电子科技大学采用一腔多模配合模式的自动识 别和搜索技术,形成了宽频带圆柱形高Q腔法。分 别运用多个谐振模式测试了多种材料,在宽频带 下达到了满意的测试精确度

谐振法测量

谐振法测量

矩形腔法
由块状被测样品填充矩形腔, 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, 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 为部分填充,工作模式通常取TE10p模

谐振法测量

微带谐振器法
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, 状微带谐振器的衬底,对其谐振频率 值进行测量, 和Q值进行测量,可求得复介电常数 值进行测量

谐振法测量

带状线谐振器法
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。当谐振器谐振时, 谐振器的衬底材料。当谐振器谐振时,对谐振器 进行测量可测得其复介电常数。 进行测量可测得其复介电常数。该方法十分适合 用于对微波集成电路基片复介电常数的测量 电子科技大学已建立了该系统。 电子科技大学已建立了该系统。采用同轴线 通过空气隙与带状线谐振器进行耦合的方法, 通过空气隙与带状线谐振器进行耦合的方法,成 功抑制了当 εr′增大时出现的杂模, 使 εr′ 的 增大时出现的杂模, 测试范围大大拓宽, 测试范围大大拓宽,且有满意的测试精确度

谐振法测量

超导腔法

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, 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, 点对介质材料的复介电常数进行测量 , 值较常规腔高得多, 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。 它尤其适用于对较低损耗材料的测量 。

谐振法测量

介质谐振器法
将圆柱形高介电常数、低损耗的被测介质置 将圆柱形高介电常数、 入两金属板之间以构成谐振器进行测量的方法, 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。 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。 的介质材料,目前仍为最有效的方法。 电子科技大学设计了一套介质谐振器测试系 统,实现了在宽频带的频率范围内复介电常数频 率特性的测量。 率特性的测量。

谐振法测量

谐振腔微扰法
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 对腔内场进行微小的扰动, 进行测量,可得介质材料的复介电常数。 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。 较大时,将会出现较大的测试误差。微扰法主要 的圆柱腔微扰法和TE 的矩形腔微扰法。 有TM0n0的圆柱腔微扰法和TE10p的矩形腔微扰法。 电子科技大学已建立了上述两种测试系统, 电子科技大学已建立了上述两种测试系统, 对低介电常数材料进行了迅速、准确的测量。 对低介电常数材料进行了迅速、准确的测量。

由于被测介质材料的外形尺寸、 由于被测介质材料的外形尺寸 、 电气 特性、物理状态、测试频段不同, 特性、物理状态、测试频段不同,所采取 的测试方法也不同。 的测试方法也不同。 所有的测试方法均可采用微波矢量网 所有的测试方法均可采用微波矢量 网 络分析仪并配上适当的测试装置进行测试 并配上适当的测试装置进行测试, 络分析仪并配上适当的测试装置进行测试, 部分的测试方法可采用微波标量网络分析 仪并配上适当的测试装置进行测试。 仪并配上适当的测试装置进行测试。

微波介质材料测量的新动向
高介电常数低损耗介质薄膜的测量 各向异性吸波介质薄膜材料的测量 超高温低损耗介质材料的测量


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