刘亚强(2014)一种新颖的自由空间宽带介电测量技术。沃特福德理工学院博士论文。
摘要
通常，当自由空间电磁波通过材料时，波和材料之间会有某种形式的相互作用。测量这种变化形成了自由空间电介质材料测量的基础，其中的变化将是衰减，以及当材料不存在时相对于波的相位变化，并且通常记录在宽带频率范围内。在这项工作中，提出了一种新的技术来准确地进行自由空间宽带材料测量，以计算未知电气长度材料的介电响应。（在本论文中，电长度意味着，虽然路径的物理长度已知，但由于介电常数未知，材料中波长的数量未知。在这里以及许多其他作品中，这种未知数量的波长被描述为电长度。）该技术最终应用于更难测量的材料形式，即粉末和液体形式的材料。粉末和液体是一个特别困难的挑战，因为它们还必须装在形状均匀、横截面足够大的容器中，以确保整个接收到的波通过相同数量的材料。该技术适用于无介电响应或部分介电响应的容器（分别是相对容易的分析和非常困难的介电分析）。大部分工作都致力于开发测试基础设施和新的矢量网络分析仪（VNA）校准技术，与现有技术相比，该技术更适合于该基础设施和测量类型。就后一点而言，为了将测量误差降至最低，开发了一种自由空间宽带穿透反射线/匹配（TRL/M）校准技术。通过提供改变探测波通过的材料厚度的能力，应对了未知电气长度材料的测试结构的挑战。此外，厚度变化的范围相当大（3 mm至18 cm），以适应介电常数值在较宽范围（2至80）内的未知电气长度材料。提出了两种基于水平和垂直探测波传播的测量技术，这两种技术都允许在变化参数为被测材料厚度的情况下进行一系列测量。然而，与垂直传播测量相比，水平传播测量需要一个额外的容纳层（在垂直于传播的两侧容纳粉末/液体，就像一个大而薄的鱼缸），但具有显著的机械和前面提到的计算困难。另一方面，垂直传播测量显示出更大的前景，无论是在机械包容方面，还是在反演测量的S参数以获得复介电常数方面。测量在一个大大厅和射频（RF）暗室中进行（最佳测试范围约为500 MHz–18 GHz）。在开发测试基础设施的过程中，对几种不同的固体材料进行了初步测试，包括双层标准玻璃和低发射率玻璃、普通建筑材料、房屋隔热材料和汽车玻璃。一旦平台和校准技术达到令人满意的水平，就要对商用玻璃板、水和家用普通面粉进行介电分析测量。所有测量结果随后在IEEE、IEEE通信协会、IET、欧洲天线与传播协会（EurAAP）以及爱尔兰皇家学院通信与无线电科学研讨会主办的各种会议和研讨会上公布。
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