研究目的
将腔体微扰技术扩展至Ka波段,通过仿真表征介质材料的介电常数和介电损耗,并评估该技术在更高频段的准确性与有效性。
研究成果
腔体微扰技术能有效测量Ka波段(约33GHz)高介电常数介质材料的介电常数和介电损耗,除极低损耗正切值的样品外,对大多数样品具有可接受的精度。该方法在毫米波应用中展现出潜力,但需进一步研究以优化样品尺寸并扩展至其他材料状态。
研究不足
对于损耗角正切极低的样品(例如tanδ=0.0004的聚乙烯),由于Q因子的微小变化被模拟不确定性所掩盖,测量精度会下降。样品厚度至关重要,厚度越大精度越低。该方法目前仅限于模拟和固体材料,在实际应用中可能存在样品制备及液体扩展等问题。
1:实验设计与方法选择:
本研究采用基于麦克斯韦方程解析公式的腔体微扰技术,通过谐振频率偏移和Q值变化计算介电常数与介质损耗。使用ANSYS HFSS软件模拟矩形腔体谐振器中的微扰情况。
2:样本选择与数据来源:
模拟中使用六种已知介电常数和损耗角正切值的介质样品,包括聚乙烯、FR-4玻璃环氧树脂和RT/duroid 6010基板等材料,以覆盖不同特性范围。
3:实验设备与材料清单:
采用特定尺寸(7.1毫米×3.6毫米×28毫米)的铜波导矩形腔体,由半径1.4毫米的圆形孔径激励。样品为矩形,尺寸0.3毫米×0.5毫米×3.6毫米。软件:用于电磁模拟的ANSYS HFSS。
4:1毫米×6毫米×28毫米)的铜波导矩形腔体,由半径4毫米的圆形孔径激励。样品为矩形,尺寸3毫米×5毫米×6毫米。软件:
4. 实验流程与操作步骤:分别模拟腔体在未插入样品和中心插入样品时的状态。采用TE105谐振模式。通过模拟获取S21参数以计算谐振频率和Q值,再代入解析公式推导介电常数和损耗角正切。
5:实验流程与操作步骤:
5. 数据分析方法:将计算所得介电常数和损耗角正切与已知值对比计算误差,并基于模拟结果进行精度统计分析。
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