吸波材料反射率同轴测量装置的测绘和性能改进

论文总字数：21007字

摘 要

和复磁导率决定，我们可以使用矢量网络分析仪测出材料的s参数，然后通过计算得出材料的复介电常数和复磁导率。本文对铁氧体进行测算，并用时域反射计对时域上特性阻抗进行测量。由于铁氧体的大小不易加工，所以装置的尺寸设定需按照实验室现有铁氧体的大小进行设计，所以导致同轴线上的特性阻抗为60与50的系统阻抗不匹配，在接口平面出现不连续产生反射，影响实验准确性。本次设计目标制作装置装配图纸和零件图纸，并对本装置进行复测，测出时域阻抗曲线等，并与之前数据比较观察其数据变化。

关键词：吸波材料；传输线；矩形同轴装置；吸波特性，时域反射计

Surveying and mapping on the coaxial measuring device for RF absorbing material and improvement

02011325 Wang Tong-jin

Supervised by Jing Shen-hui

Abstract： With the rapid development of modern electronic technology, advanced and efficient electronic technology brings us convenience and make us efficient, at the same time, serious electromagnetic pollution also come in our lives. There are many kinds of environment equipment of electromagnetic disturbance which had negative effects on the electromagnetic environment. These electromagnetic disturbance interferes the normal operation of the many electronic devices, which makes a lot of electronic devices do not work accurate. In order to solve these problems, we use the absorbing material for electronic equipment for electromagnetic shielding. But for the measurement of wave absorption performance of absorbing material is extremely important, the measure of absorbing directly affects the performance of equipment use of absorbing material. The graduation design of electromagnetic compatibility of southeast university laboratory includes mapping and surveying of absorbing material reflectivity rectangular coaxial measuring device (designed by Peng Peng) and sorting data. Finally put forward the improvement opinion. However, absorbing performance of the absorbing material depends on its complex permittivity and complex magnetic permeability, we can use the vector network analyzer to measure the material s parameters, and then calculated the material complex permittivity and complex magnetic permeability in this paper, the paper studies the ferrite in the time domain and time domain reflectometer characteristic impedance measurements. Due to the size of the ferrite is not easy to machining, the device the size of the set design should be carried out according to the size of the laboratory existing ferrite. Cause the characteristic impedance of the coaxial line is 60 and 50 system impedance mismatch, the interface reflection plane appear discontinuous, affect the accuracy. The target of the paper is mapping assembly drawings and part drawings, and survey, this device to measure the time domain impedance curve, etc., and observe its comparison with the data before data changes.

Key words: absorbing material；transmission line；rectangle coaxial device；microwave-absorbing characteristics ； time domain reflectometry

目 录

摘要 ……………………………………………………………………………1

Abstract…………………………………………………………………………2

第一章 绪论……………………………………………………………………………5

1.1 研究背景 …………………………………………………………………………5

1.2 研究内容 …………………………………………………………………………5

1.3 主要工作内容 ………………………………………………………………………6

1.4 文章结构安排 ……………………………………………………………………6

第二章 传输线基础 ………………………………………………………………………7

2.1传输线简介 ……………………………………………………………………7

2.2 传输线方程组 ………………………………………………………………………7

2.3 实际传输线 ………………………………………………………………………8

第三章 射频吸波材料基本参数 ………………………………………………………………9

3.1 复磁导率与复介电常数 …………………………………………………………9

3.1.1 复介电常数 …………………………………………………………………………9

3.1.2 复磁导率 ………………………………………………………………………10

3.2 铁氧体吸波材料回波损耗 …………………………………………………………10

3.2.1 反射系数与回波损耗 ……………………………………………………………11

3.2.2 铁氧体瓦回波损耗 …………………………………………………………12

第四章 吸波材电磁参数测量方式与仪器 …………………………………………………13

4.1电磁参数测量方法与仪器简介……………………………………………………13

4.1.1测量方法简介 …………………………………………………………………13

4.1.2 矢量网络分析仪………………………………………………………………13

4.1.3 时域反射计 ………………………………………………………………………15

4.2 矩形同轴传输反射法 ………………………………………………………………17

第五章 装置结构设计 ………………………………………………………………………19

5.1 装置基本尺寸 ………………………………………………………………………19

5.2 装置主要配合 …………………………………………………………………………19

5.3 典型零件说明 ………………………………………………………………………20

5.3.1 扩展喇叭内外导体 ………………………………………………………………20

5.3.2 过渡段导体板 ……………………………………………………………………21

5.3.3 铍铜簧片 ………………………………………………………………………… 21

5.3.4 支撑件 …………………………………………………………………………21

第六章 装置复测 ………………………………………………………………………………23

6.1 时域特性阻抗曲线测量 ………………………………………………………………23

6.2装置终端接50负载，驻波比 ………………………………………………24

6.2 装置 s21 …………………………………………………………………………25

第七章 文章总结与展望 ……………………………………………………………………26

7.1 文章总结 …………………………………………………………………………26

7.2 工作展望 …………………………………………………………………………26

致谢……………………………………………………………………………………………27

参考文献………………………………………………………………………………………28

吸波材料反射率同轴装置的测绘和性能改进

第一章 绪论

1.1 研究背景

随着科技的进步和社会的发展，电磁越来越多的被人们使用，雷达、电磁通信，甚至在电子对抗中都有广泛的使用。电磁的泛滥在给我们提供方便的同时，又会产生很多问题，这就催生了，比如电磁环境污染、电磁对人体的危害。电磁对我们的危害存在于各种方面,例如电磁设备通过电磁泄漏互相产生干扰，这会影响电子设备的工作性能，产生误差。而且，一些高强度的电磁泄漏对人类的身体也会产生危害，医学研究表明电磁辐射有损生物体的给个系统的正常运行。电磁吸波材料在防止电磁波泄露，改善电磁环境等方面取得重大应用。目前需要专门的测量装置和测量方法对各种吸波材料的性能进行测量和客观评价。如何评定吸波材料的参数特性和吸波性能也是工程技术人员一直关注的问题。

射频吸波材料的吸波性能由材料的复介电常数和复磁导率决定，然而这两个参数至今并不能直接测出这两种参数，所以目前的测算方式是先测量s参数，然后通过计算得到复介电常数和复磁导率，吸波材料的电磁参数直接表现为射频吸波材料的回波损耗，对吸波材料的回波损耗测量，一般可分为：时域测量和频域测量。于是由《IEEE Recommended Practice for Radio-Frequency(RF) Absorber Evaluation in the Range of 30MHz～5GHz》中举例提出四个有关射频吸波材料性能测试技术：拱形法、时域方法、将射频吸波材料安装在一个具有较大长度和一定截面的波导终端、使用具有一定长度和较大截面的同轴线通过测算系统输入端的驻波比VSWR来计算吸波材料的反射系数。

于是，矩形吸波材料反射率同轴测试装置被设计制造出来，实验室有一双端口矩形吸波材料反射率同轴测试装置，由彭鹏于东南大学电磁兼容实验室设计制造。

1.2 研究内容

实验室矩形同轴装置是内外导体截面为正方形的同轴线构成的主体部分，采用8块等大的正方形铁氧体瓦铺设于同轴线内外导体间。本仪器旨在测量铁氧体瓦反射性能，它的主要原理是通过对输入电磁波的反射率进行测量，推算被测吸波材料的吸波性能，即材料吸波性能反映在回波损耗。射频吸波材料的吸波性能决定于材料的电磁参数，即复介电常数和复磁导率。无论是理论研究还是工程实践至今仍不能直接测出这两种参数，基本思路都借助于测量材料的S参数而后进行数据计算。该双端口矩形同轴测量装置，测试范围为30MHz-500MHz。并针对装置最难以测量的材料铁氧体瓦进行测量。目前可以使用两端口同轴测量装置对吸波材料反射率进行测量。

装置为矩形同轴线，在同轴线内外导体之间形成空间传输电磁波，介质为空气。测量时，在同轴线中加入铁氧体瓦，测量s11与s21数值。由于铁氧体瓦的加工较难，没有合适的铁氧体瓦，所以装置的设计尺寸要配合现有的铁氧体瓦，导致设计实现的测试装置的阻抗为60Ω，而测量仪器（矢量网络分析仪）为50Ω，两者在端口接头处失配，在端口处有些许反射，影响测试结果。另外在端口由到平行同轴线部分因为加工问题有很多不连续点，也会产生反射。最后，在主体部分由于紧固需要存在很多螺钉，也会有很多不连续点影响测量结果。在这些不连续点的反射波还会在同轴装置内部形成多次反射。

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