1.1.1發(fā)展現(xiàn)狀縱觀國(guó)內(nèi)外在測(cè)量介質(zhì)的介電常數(shù)方面的研究泛，涉及到一般民用、大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)和軍工科學(xué)等多且隨著技術(shù)的逐步發(fā)展，其影響范圍也在進(jìn)一步擴(kuò)大，適用于不同行業(yè)不同場(chǎng)景的測(cè)而非諧振法，主要是針對(duì)與元器件的傳輸特性，通過(guò)對(duì)傳輸特性的具體研究與分析，獲得待測(cè)材料相關(guān)參數(shù)的數(shù)值。綜合對(duì)照諧振法與法中，諧振法具有最高的測(cè)量精度，且準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性確度更高。但由于諧振腔結(jié)構(gòu)固定，通常只能測(cè)量特定頻率點(diǎn)附近的值，測(cè)量頻帶較在使用諧振法時(shí)，首先要設(shè)計(jì)相應(yīng)的諧振腔作為測(cè)量裝置主體，一般常用的結(jié)構(gòu)包括：矩形波導(dǎo)諧振腔、圓波導(dǎo)諧振腔、微帶諧振腔和介質(zhì)諧振導(dǎo)、圓波導(dǎo)諧振腔與介質(zhì)諧振腔具有更高的品質(zhì)因數(shù)Q,但難以集成，在許多應(yīng)用場(chǎng)較低，損耗更大，需要根據(jù)實(shí)際場(chǎng)景的需要靈活地進(jìn)行選擇加工振腔微擾法的測(cè)量相比于其他測(cè)量方法，因?yàn)樵跍y(cè)量前不需要校準(zhǔn)，簡(jiǎn)單易行，適用于較小尺寸、低損耗材料諸如液體、粉末等的測(cè)量，測(cè)試精度高。所以本課題將選用如果按照激勵(lì)信號(hào)的不同，介電常數(shù)的測(cè)量方法又能夠歸2色散傅立葉變換波譜法，其激勵(lì)信號(hào)分別為周期函數(shù)的正弦波、階躍函數(shù)的脈沖波和白噪聲源5。其中，頻域法的基本原理是把待測(cè)介質(zhì)看作電容、電感等元件組成的回路，利用這種等效處理，使用等效電路中電容、電感的參數(shù)值去計(jì)算出介電常數(shù)的數(shù)值。時(shí)域法是基于待測(cè)材料在一個(gè)快速上升時(shí)間的脈沖頻率下的響應(yīng)進(jìn)而推導(dǎo)出待測(cè)材料的電磁參數(shù)6除此之外，各種測(cè)量方法都有其所適合測(cè)量的材料屬性，即對(duì)固液氣態(tài)和粉末狀物質(zhì)，可選用的介電常數(shù)測(cè)量方法也不盡相同。具體來(lái)說(shuō)，測(cè)量固體介質(zhì)電磁參數(shù)的方法最多，且在生活和生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛，但當(dāng)復(fù)介電常數(shù)實(shí)部接近1或是實(shí)部很大的情況，現(xiàn)有的固體介質(zhì)測(cè)量方法誤差較大，仍有改進(jìn)優(yōu)化的空間。而液態(tài)和氣態(tài)介質(zhì)，由于本身性質(zhì)與固體相比更為特殊，對(duì)原材料處理時(shí)更加復(fù)雜困難，對(duì)于液體介質(zhì)可以使用同軸探頭法和波導(dǎo)反射法1,而氣體介質(zhì)常使用LC諧振電路來(lái)進(jìn)行測(cè)量，但誤差會(huì)較大。若按照測(cè)量基本原理進(jìn)行劃分，還可以分為諧振法和網(wǎng)絡(luò)參數(shù)法。諧振法前文已經(jīng)介紹，下面具體介紹網(wǎng)絡(luò)參數(shù)法。網(wǎng)絡(luò)參數(shù)法基于矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的使用，首先利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)量由待測(cè)樣品構(gòu)成的單端口或者多端□網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)，諸如散射系數(shù)、反射系數(shù)等，進(jìn)而計(jì)算出給定頻段內(nèi)的介電常數(shù)[71,相較于諧振法，網(wǎng)絡(luò)參數(shù)法可以對(duì)更寬頻帶范圍的介質(zhì)電磁參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，適用于測(cè)量介質(zhì)損耗較高的材料，而在低損耗介質(zhì)的電磁參數(shù)測(cè)量中準(zhǔn)確度不足。近幾年來(lái)，微波技術(shù)的發(fā)展勢(shì)頭日益迅猛，在通信、醫(yī)療、航空、軍工等諸多領(lǐng)域擁有越來(lái)越多的應(yīng)用場(chǎng)景，同時(shí)隨著使用場(chǎng)景的復(fù)雜化，對(duì)微波介質(zhì)材料也提出了更高的要求，所以能夠快速而準(zhǔn)確地測(cè)算出給定材料的介電常數(shù)用以衡量微波材料的性能，意義重大。為了能夠滿足微波行業(yè)對(duì)測(cè)量電磁參數(shù)提出的越來(lái)越高的要求，各種不同的介電常數(shù)測(cè)量技術(shù)都在與時(shí)俱進(jìn)的改進(jìn)與優(yōu)化，整體向著以下幾個(gè)方向改良發(fā)展：(1)首先，測(cè)量精度是微波測(cè)量中最重要的一個(gè)衡量標(biāo)準(zhǔn)。雖然電磁參數(shù)測(cè)量方法種類(lèi)很多，但很多方法測(cè)量精度仍不盡如人意，查閱一些微波介質(zhì)的介電常數(shù)往往只能得到一個(gè)范圍值，存在一定量的誤差。比如諧振腔微擾法中就存在多次近似取值，這3雖然使得問(wèn)題得以簡(jiǎn)化，但同時(shí)也向?qū)嶒?yàn)結(jié)果引入了誤差。所以如何縮小誤差，提高測(cè)量精度，是微波測(cè)量方法首先需要解決的問(wèn)題。(2)現(xiàn)有的測(cè)量方法往往對(duì)于待測(cè)樣品本身有著較多的要求與限制。比如限制樣品的形狀、大小、介電常數(shù)實(shí)部大小等，這些對(duì)于待測(cè)介質(zhì)的約束條件使得測(cè)量人員必須對(duì)待測(cè)樣品進(jìn)行復(fù)雜的篩選與加工預(yù)處理，減小了微波測(cè)量方法的使用范圍和適用場(chǎng)景。因此，現(xiàn)如今的各種電磁參數(shù)測(cè)量方法的另一個(gè)優(yōu)化發(fā)展方向就是拓展本方法的測(cè)量范圍，優(yōu)化相關(guān)理論，減少對(duì)待測(cè)樣品的約束條件。(3)上文提到，近年來(lái)微波領(lǐng)域發(fā)展迅猛，現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景中各類(lèi)儀器設(shè)備的工作頻帶不斷拓寬，這要求微波介質(zhì)材料能夠正常工作在多種頻率下，對(duì)測(cè)量微波介質(zhì)材料的寬頻帶性能提出了更高的要求。(4)由傳統(tǒng)手動(dòng)測(cè)量逐漸向自動(dòng)化測(cè)量轉(zhuǎn)變。當(dāng)今社會(huì)各行業(yè)都在擴(kuò)大產(chǎn)業(yè)規(guī)模，追求工作效率與批量化運(yùn)作，所以微波測(cè)量技術(shù)若想從理論研究走向大規(guī)模的實(shí)際應(yīng)用，開(kāi)發(fā)穩(wěn)定健全的自動(dòng)化測(cè)量系統(tǒng)是一個(gè)必然趨勢(shì)，這涉及到多個(gè)領(lǐng)域的知識(shí)，如微波測(cè)量、自動(dòng)控制、敏捷開(kāi)發(fā)測(cè)試等。(5)測(cè)量系統(tǒng)要能夠正常穩(wěn)定工作在各種復(fù)雜乃至惡劣的工作環(huán)境下，如高低氣溫、氣壓變化等，這些環(huán)境因素的驟然變化會(huì)導(dǎo)致待測(cè)樣品電磁參數(shù)的改變，所以測(cè)量技術(shù)的研發(fā)時(shí)，需要能夠提前考慮到各種外界因素可能造成的影響，并給出在各種不同條件下，對(duì)測(cè)量方法和測(cè)量結(jié)果該作何種修正。這都會(huì)是未來(lái)電磁參數(shù)測(cè)量技術(shù)發(fā)展完善的重要方向。[4]F.Horner,T.Taylor,R.Dunsmuir,etal.ResonanceMethodsofDielectricMeasurementatCentimetWavelengths[J].JournaloftheInstitutEngineering,1946,93(21):53-68.4[8]LinM,DuaneMH,AfsarMN.Cavity-pertubationmeaspermeabilityofcommonferrimagneticsinmicrowave-frequencyrange[J].IEEETransMagn,2006,42(10):2885-2887.[10]H.A.Bethe,J.Schwinger,PerturbationTheoryforCavities,NationalDefenseCommittee,Repport#D1-117,CornellUniversit[11]H.B.G.Casimir,“Onthetheoryofelectromagn[12]R.A.Waldro,“Theoryofthemeasurementoftheelementsofthepermeabilitytensorofaferritebymeansofaresonantcavity,”P(pán)roc.Inst.Elect.Eng.B,1956,vol.104:307.[13]R.A.Waldron,Perturbationtheoryofresonantcavities,Proc.IEE,vol.107C,pp.272-274,September[14]LinfengChen,C.K.Ong,B.T.G.Tan,“Amendmentofcavitypermeasurementofextremelylow-lossdielectrics”[J],IEEETraMeasurement,1999,48(6):1031-1037.[15]MarcuvitzN.WaveguideHandbook[M].IEEel[16]YamaguchiM,YabukamiS,AraiKI.Anewpermeancem/transmissionlinetheories[J].IEEETransMagn,1996,32(5):4941-4943.[17]KawazuT,YamaguchiM,AraIEEETransMagn,1994,30(6):4641-4643.[18]A.Parkash,J.V.Vaid,A.Mansingh,Measurementofdielectricparametersatmicrbycavityperturbationtechnique,IEEETrans.Microwave[19]J.O.Artman,P.E.Tannenwald,Measurementofsusceptibilitytenpp.1124-1132,1955.[20]H.A.Bethe,J.Schwinger,Committee,Contractor'sRepport#D1[21]DominicDeslandes,K.Wu.