散射参数法微波材料电磁特性自动测试系统及求解多值性的解决方案

研发了一套利用散射参数法测量材料电磁特性的自动测试系统,其配套软件功能强大完善且完全商业化,可以快速有效地测量正切损耗角大于0.1的微波材料的复介电常数与导磁率等10项特性参数.首次提出了“尝试-比较”法,以实验结果证明了其有效性,解决了长期存在的求解多值性难题,进一步完善了散射参数法.     

同轴探头测量电磁参数的变频率法研究

基于频率是反射系数的独立变量和电磁参数本身是频率的函数的事实，本文利用扫描插值思想提出了同轴探头测量介电常数和磁导率的变频率法新技术，推导了反射系数的谱域全波模型，从实验上验证了变频率法的可行性。该方法只需要一次扫描反射测量，可以减少误差因素，简化测量手段，从而实现现场宽带快速测量。     

碳纳米材料电磁参数与反射系数测试差异分析

基于不同种类的碳纳米管粉体及其磁性掺杂复合物,利用矢量网络分析仪、采用同轴法测试分析1~18 GHz频率范围内的电磁特性参数,即将该类材料作为一类吸波剂,经过与石蜡混合后,压制约外径7 mm、内径3 mm、厚度2 mm的样品环,然后测试介电常数和磁导率,进而计算反射系数。实物样品的反射率测试需要的样品尺寸规格与粉体样品之间基体不同,且两者之间存在显著的差异性。分析测试过程中可能存在的不确定或不规范因素,并提出可供借鉴的措施,有助于缩小两者之间的差异性,以提高测试准确度。     

基于遗传算法在时域提取电磁参数的新方法

基于遗传算法的优化能力，并利用电磁场时域响应信息，提出了一种提取目标媒质电磁参数的新方法。将时域测量所得的散射场与由时域算法获得的不同个体的响应相比较，根据两者近似程度，通过遗传算法进行规划处理，即可确定媒质的介电常数和电导率等物理参数。算例结果与真实值吻合较好。相对于传统的频城测量法，该方法具有原理简单，容易实现等优点，还可以推广到目标识别等领域。     

一种吸波材料电磁参数的测试与校准方法

波导馈源系统中的吸收负载通常要求体积小、结构紧凑,需要在电磁仿真软件中进行设计优化,而精确知道吸波材料的电磁参数是进行仿真工作的前提。针对这一问题,提出一种吸波材料电磁参数的测试方法,使用矢量网络分析仪和简单的测试工装即可得到较为精确的结果,给出操作过程和计算公式。该方法操作简便,适用于具有互易性和各向同性的材料,对较高频段如ka频段的材料测量也适用。     

微波吸收材料电磁参数的计算机辅助测量

微波吸收材料的电磁参数在评价吸收剂性能时是一个重要指标。参数重建属于电磁逆散射问题,而传统的阻抗方法仅利用正好足够的测试数据来获取电磁参数,未能利用冗余数据对材料的电磁性能作综合评定。本文介绍结合网络参数的多点测量阻抗的优化方法,在测量线上实现了电磁参数的自动测量。文中给出了标准样品和吸收材料的实测结果。     

同轴探头测量材料电磁参数变频率法的改进

本文针对我们实验室早期提出的用开口同轴探头变频率法同时测量雷达吸波材料的介电常数和磁导率技术^(6,7)在实用中遇到的问题,提出应用线性插值技术来修正电磁参数随频率的变化,使用拟合技术来克服测得反射系数的随机误差对电磁参数提取的影响,建立多频率点上电磁参数的矛盾方程方法来减少参数提取时所产生的伪根等改进技术,从而有效地克服原方法所存在的问题,使之能够用于实际测量。并通过对具体样品的测量证明了改进技术的合理性及有效性。     

多端口散射参数测量的一种新方法

本文对利用双端口矢量网络分析仪（VNA）进行多端口网络散射参数测试的问题进行了研究。通过网络参数矩阵的归一化、反归一化变换以及基于不同接入阻抗下网络散射参数矩阵之间的关系,对测试参数进行校正,解决了接入阻抗反射系数的精度带来的测试误差问题,提高了这类测试方法的测试精度。     

低谐振频率电磁超材料单元设计与仿真

针对目前人工电磁超材料的谐振频率(吉赫兹(GHz)或太赫兹(THz))较大的问题,该文提出了一种新型尺寸较大的双面螺旋结构单元模型。通过HFSS仿真软件,建立了电磁超材料单元模型,分析了结构单元的S参数。采用Smith提取算法,得出了等效介电常数和等效磁导率的数学表达式。仿真结果表明,在2.0～2.1 MHz时,等效介电常数恒正,等效磁导率实部达到负极值,而等效磁导率的虚部也达到了最大值,即该频段为材料板的谐振频段,呈磁单负材料属性。     

草地环境电磁散射特性研究

研究了草地环境的电磁散射特性,以二维高斯粗糙面建立了草地环境分层结构。建立了鲜草和土壤的有效相对介电常数模型,绘出了鲜草、土壤有效相对介电常数随入射波频率的变化曲线,并总结了鲜草、土壤相对介电常数随入射波频率变化的规律。采用考虑了分层之间多次散射的微扰法(Small Perturbation Method, SPM)计算了鲜草含水量、土壤湿度、土壤层粗糙度及鲜草层粗糙度对草地环境后向电磁散射的影响。仿真结果表明,鲜草的含水量、土壤湿度、土壤层粗糙度及鲜草层粗糙度对草地的后向散射有不同程度规律性的影响。研究成果为草地粗糙度、地区的干旱程度以及是否有人畜活动痕迹的判断提供了理论参考。     

Negative permittivity and negative permeability of multi-walled carbon nanotubes/polypyrrole nanocomposites

Multi-walled carbon nanotubes(MWCNTs)/polypyrrole(PPy) nanocomposite particles were synthesized by in-situ polymerization. Negative permittivity and negative permeability appeared simultaneously in MWCNTs/PPy nanocomposites with different content of MWCNTs. It was found from SEM analysis that MWCNTs/PPy nanocomposite particles were randomly packed with a large number of micropores, and formed a lot of conductive loops around the micropores, some MWCNTs could be cross the micropores and increase the number of conductive loops. In the meantime, MWCNTs themselves in MWCNTs/PPy composite also formed many conductive networks. The negative permittivity behavior stem from the plasma oscillation of delocalized electrons in the conductive networks, and the negative permeability was attributed to the diamagnetic response of ring currents in the plentiful conductive loops. This study should initially find a double negative metamaterial in polymer composites.     

基于支持向量机的介质圆柱体逆散射问题研究

提出一种新的在线逆散射方法-支持向量机,通过支持向量机将原问题转化成一个回归估计问题.该方法可广泛应用于各种逆散射方面,尤其是目标的几何与电磁参数重构.以相对介电常数作为输入,复散射系数作为输出,通过对训练样本的学习,利用支持向量机回归估计了介质圆柱体不同相对介电常数下复散射系数的实部与虚部.同时,以多个观测点的散射电场值作为样本信息,利用支持向量机对已知探测范围内的介质圆柱体的相对介电常数和电导率进行了重构.比较结果显示了该方法的有效性和准确性.     

由散射系数反演电磁参量的一种改进算法

传输/反射法中存在的多值性问题多年来颇受关注。本文考察了两套由散射系数反演电磁参量的公式,表明在满足折射率虚部不小于零、阻抗实部大于零和折射率正切角取值范围受阻抗正切角限制关系三条件时,两套公式均可确定阻抗和折射率虚部,并给出数量有限的、可能的折射率实部。在此基础上,利用相邻频率点电磁参量的连续性,可分别求出数个差异显著的电磁响应谱。依据对材料电磁性能的初步认识,不难选出合适的介电常数和磁导率。最后,通过实例检验了上述方法的有效性。     

Measurement of complex permittivity and permeability of materials by quasi-optical method

A quasi-optical method for measuring the complex permittivity and permeability of materials at millimeter and submillimeter wavelengths is proposed. In principle, this method is applicable not only to solid samples but also to liquid and composite samples. The theory and experiment are described in this paper.

     

基于微波反射率波动特性的混凝土介电常数测量方法

提出了通过自由空间一次线性扫频测量混凝土背贴金属板时的表面反射率,分析反射率随频率的周期波动间隔,快速获得介电常数的测量方法.经测量和比较不同厚度、背贴金属板或吸波材料两种状态的混凝土表面微波反射率,验证了试件表面和底面反射波的相互干涉是反射率随频率周期波动现象的主要原因.根据波动干涉原理,给出了由试件厚度、微波入射角度和反射率极值频率间隔,计算混凝土介电常数的公式.由于计算过程不需要反射率的具体数值,测量影响因素少,易于得到介电常数准确值,且操作简便、计算快速.     

一种测量液体中粒子的扩散系数和大小的光散射方法

研究化学大分子或生物大分子(如血红蛋白)的大小、形状和结构是人们感兴趣的问题之。一近十几年来,发展了一些测定技术,例如粘度测定、电泳、超速离心、光散射等,都能测定出大分子的分子量或它的形状。为了研究生物和化学大分子及其反应的动力学性质,往往需要测定大分子的扩散系数。用于测量粒子扩散系数的光子相关技术近年来得到了突飞猛进的发展。本文提出了一种利用计算机控制时间的光散射技术测量大分子的扩散系数和分子大小的方法。利用这种装置我们测量了冻干羊血红蛋白的物理半径。我们所用的光学系统、记录及处理过程都比原先的方法简便得多。     

各向异性材料散射的FDTD分析

从时域有限差分法基本的原理出发，利用矩阵运算的特点，推导出了电各向异性，磁各向异性以及导电率各向异性的材料中的FDTD方程，验证 了算法，并计算了各种单轴和双轴各向异性材料的雷达散射截面RCS，讨论了各向异性材料的散射特性。     

测量低损耗薄膜材料介电常数的标量法

依据被测介质性质,在现有实验设备条件下,提出了一种标量法测量低损耗薄膜介质介电常数的新方法.该方法利用传输线法测量原理,先测量待测介质损耗,间接得到反射系数,由反射系数与介电常数关系式,推导得出待测介质的介电常数.该方法有样品容易制作,测量简单准确等特点.通过测量实例的误差分析,指出标量法测量薄膜材料介电常数的不足,提出相应的改进措施.     

自由空间法分析介质蜂窝等效复介电常数

根据自由空间法介质材料介电常数测试原理,采用商用电磁场仿真软件给出了介质蜂窝材料等效复介电常数的分析方法,计算出了特定材料、格孔周期蜂窝材料的等效复介电常数。为验证方法的正确性,对等效介电常数的平板和相应的蜂窝的透射反射系数的幅度相位进行了比较,两者吻合良好。通过对宽带范围内蜂窝等效介电常数的计算表明,介质蜂窝具有微小的色散效应,随着频率增高,蜂窝的相对介电常数、损耗正切略微减小;蜂窝的磁介电常数接近为1,磁损耗正切接近为0。     

复介电常数和磁导率测量的新方法

本文提出了一种新的确定Ka 波段毫米波损耗材料复介电常数和磁导率的测量方法,给出了确定样品的复介电常数和磁导率的散射方程。与传统采用的NRW 方法相比,这一方法消除了介电常数测量对参考面的位置和样品长度依赖性。