改進的基于Matlab GUI的微波介電常數測量系統
依據傳輸線測量方法,結合Matlab GUI 編程技術,實現了一套介質介電常數測量系統,測量了不同介質在L 頻段到X 頻段內的介電常數值。該系統直接使用高頻信號源作激勵,頻譜儀作為接收機,簡化了測試系統,降低誤差。編寫Matlab GUI 人機交互界面求解超越方程,批量計算提高了計算精度和效率。測試結果和介質標稱值很接近,對兩種材料應用的研究提供了有力的支持。
近年來,隨著雷達、遙控遙測、微波通信等微波技術的迅猛發展,對微波器件的系統性能提出了更高的要求,進而對它們所用的微波介質材
料提出了更高的要求。微波介質材料的電特性的測量,對于研究材料的微波特性、研制微波器件、促進現代尖端技術發展等都有重要意義。
微波介質參數的測量方法,有傳輸法(如波導、同軸傳輸線法等)、諧振腔法和自由空間法等。傳輸線法以其簡單易行,不需要特殊的儀表設備等特點常成為測試系統被選取的方法。測量線是一種傳統微波測量儀器,可以測量開槽波導內電壓駐波比,從而確定反射系數和阻抗數值。測量線簡單可靠、價格便宜、測量原理清晰,在微波頻段采用測量線測量介電常數仍是一種主要途徑。
1、原理
介電常數r的測量屬于間接測量,它以某種函數關系式包含在可觀察的測量量內,因此,傳輸線法測量r是建立在傳輸線理論、特性阻抗和傳輸常數的基礎上的,通過函數關系計算出介電常數。終端短路法是傳輸線法的一種,實質是網絡參量法,即通過介質樣品對網絡參量的反應來測定r。
利用波導測量線進行兩點法測量時,當波導管內放入長為l的介質樣品時等效為雙口網絡,如圖1所示。
圖1 終端短路法測定介電常數原理圖
通過2094 組數據的測試和計算, 得到0.96GHz~12.40GHz 內五組介電常數數據。數據結果如表,測試計算結果有很強的一致性,為相應頻率內研究使用兩種介質提供了支持。
在測量線系統中,系統誤差包括測量線誤差、介質樣塊裝配誤差、手動測量操作誤差、讀數誤差。介質樣塊度裝配采用緊配合壓入波導內,保證介質樣塊和短路板緊密貼合。測量值中的偶然誤差,采用多次測量求平均值和使用交叉讀數法減小讀數誤差。利用扳手作輪軸,通過調節千斤頂高度微調滑軌移動距離,極大地降低了手動操作引起的誤差。
4、結論
根據傳輸法測量介電常數理論,使用改進的測試系統測量計算介電常數需要的數據。并用Matlab GUI 編寫人機交互界面,利用測試數據計算了兩種介質在0.96GHz 到12.40GHz 內不同頻點的介電常數值。計算結果在同一頻點下與計算平均值誤差小于1%,并且結算結果與介質標稱值很接近,對兩種材料應用的研究提供了有力的支持。