圆柱腔复介电常数高温测试系统

围绕微波介质材料复介电常数高温测试关键技术进行系统设计,利用圆柱腔精确场解法实现材料介电性能变温特性测试。设计了TM_(010)模圆柱谐振腔,采用快速移动平台和感应加热技术,搭建了变温测试系统,实现了915 MHz,最高1 400℃的复介电常数快速自动化测试。针对测试系统受热后对测试结果的影响,提出了实时变温校准技术,减小了夹具介电波动引入的误差。以熔融石英为例进行重复性测试并与已有文献作对比,结果表明介电常数和损耗角正切高温下测试偏差分别在2%和6%以内。     

开口同轴探头横电磁波模型法测量液体复介电常数

讨论了开口同轴探头技术测量液体复介电常数的理论和实验。在仅考虑同轴线横电磁波(TEM)主模反射波的情况下,用被测液复波数的多项式逼近同轴开口端输入导纳值,简化了复介电常数的求解。以用醇在频率1~18 GHz的导纳测量值求解复介电常数,验证了随多项式项数目增加计算的收敛性。在实验中,为了确定法兰直径最小值和被测液样品最小用量,提出了用被测液边界面与同轴开口面的两项功率比(辐射功率与入射功率比以及无功功率比)作为指标描述边界面电磁场的衰减程度。以1%浓度和3.5%浓度食盐水介电特性测量为例,使用孔径3.20 mm探头,验证了TEM模型法得出的测量结果在0.6~4.5 GHz频率上相比参考值的偏差小于5%。     

波导同轴谐振腔微波幅度均衡器的设计与实现

提出了以传输波导和同轴谐振腔为基本单元、多腔级联结构的微波幅度均衡器设计思路.分析了该结构的实现原理,并利用HFSS电磁场仿真软件进行了建模计算.据此设计制作了器件,通过调节同轴谐振腔腔长、同轴谐振腔中心导体插入主线波导内的深度以及插入谐振腔中的吸收片深度等调节点对衰减中心频率、衰减幅度、衰减分辨率等指标进行调节.该结构的均衡器具有良好的衰减可调性,测试结果与仿真结果较为吻合.     

空气湿度微波谐振腔测量方法

提出一种通过微波谐振腔测量气体介电常数实现空气湿度连续测量的方法,并给出计算不同温度和湿度下空气等效介电常数的模型,设计出作为流动空气湿度传感器的两端采用开放同心圆环结构的特殊结构的谐振腔,对制作的谐振腔进行了气动特性仿真及S参数测量。仿真和测量结果表明：该结构的谐振腔适合于流动气体湿度的在线测量。研制了适用于空气湿度在线测量的微波测量系统。利用此系统对该文设计产生的饱和湿空气环境进行了测量,分析了测量结果和理论结果间的误差。该测量系统在29~38℃范围内能够实现±1.5%空气相对湿度的测量精度。     

不同制焦条件下煤焦的介电特性研究

选用3种不同煤阶的煤分别制成800~1 200℃温度下的煤焦试样,通过同轴探头法测试煤焦的介电特性参数,考察测量频率、制焦温度、煤种对介电特性的影响。结果表明:煤焦的复介电常数实部、虚部、介质损耗角正切均随频率的增加而减小,随制焦温度的升高而增大;低频时测试频率和制焦温度对煤焦介电特性影响较大,频率升高影响作用减弱;不同煤种生成的煤焦介电特性差异明显,无烟煤煤焦的介电性能参数最大,烟煤煤焦的介电性能参数最小。     

谐振腔微扰技术测量湿蒸汽两相流的理论分析

蒸汽湿度的准确测量对汽轮机的安全、经济运行和优化设计具有重要意义。根据湿蒸汽混合物的介电性质,采用微波谐振腔介质微扰理论,建立圆柱形谐振腔在TE011模式下测量蒸汽湿度的关系式。测量湿度与湿蒸汽的热物性、温度(压力)、谐振腔的谐振频率和相对频偏有关。湿蒸汽的温度(压力)降低、谐振腔的谐振频率升高、相对频偏升高,湿度测量结果会增大,反之减小。谐振频率降低、温度升高,湿度的测量精度提高。蒸汽湿度测量谐振腔的谐振频率建议在5~10 GHz。对某200 MW凝汽式汽轮机进行排汽湿度测量实验,湿度测量结果与理论计算值吻合,验证了微波谐振腔微扰法测量蒸汽湿度理论的正确性。     

基于微带环谐振器的油纸绝缘介电响应特性与受潮评估

该文介绍了微带环谐振器介电响应分析的原理，分析了微带环谐振器表征上层介质材料介电特性的计算模型，运用HFSS电磁仿真软件研究了上层介质材料、基底厚度、圆环半径对微带环谐振测试结果的影响。设计了谐振基频在1.16GHz左右的微带环谐振器，制备了从干燥（含水量低于0.5%）到含水量6.87%之间七种不同含水量的纸板样品。将微带环谐振方法的测试结果与标准谐振腔方法的测试结果进行了交互对比和验证，运用传统的1mHz～5kHz频域介电谱（FDS）测试进行了辅助分析。研究了水分对绝缘纸板1～6GHz频段介电特性的影响，分析了均匀受潮和不均匀受潮绝缘纸板在1～6GHz频段的介电特性。微带环谐振测试能够明显区分均匀受潮下不同含水量的纸板样品。对于不均匀受潮的纸板样品，在1～6GHz频段下，其与均匀受潮样品的曲线存在一定差距，且差距随着不均匀程度增加而增大。根据均匀受潮单层纸板的含水量与谐振频率平均值■的对应关系，建立了所选1.1mm厚绝缘纸板的水分评估曲线，并利用受潮样品进行了验证。研究表明，微带环谐振测试方法在绝缘纸板受潮快速评估中有着较好的应用前景。     

油纸绝缘频域介电谱特性与聚合度的关联影响规律研究

为研究绝缘纸聚合度与油纸绝缘频域介电谱特性间的关联影响规律,搭建了油纸绝缘频域介电响应测试平台,测试了新绝缘油、低含酸量绝缘油、高含酸量绝缘油、一定老化程度绝缘油分别与不同聚合度绝缘纸所组成的油纸绝缘的复介电常数以及新绝缘油分别与低含水量、高含水量绝缘纸组成的油纸绝缘的复介电常数,并对测试结果进行了对比分析。分析结果表明:绝缘纸聚合度通过影响水分和酸在油纸间的分布情况而对油纸绝缘复介电常数产生关联性影响。利用频域介电谱法诊断油纸绝缘中水分或小分子酸含量时,应考虑聚合度影响两者在油纸间的分布情况后对油纸绝缘频域介电谱特性产生的关联性影响。     

椭圆聚焦型无极紫外固化灯研究与设计

利用蒙特卡洛分析法和有限积分法,设计一种椭圆聚焦型无极紫外固化灯。首先利用光学仿真软件分析了椭圆柱型谐振腔对非理想圆柱光源的光线利用率和光斑宽度两者之间的影响,选择合适的放大倍率和离心率;再通过电磁场仿真软件分析了谐振腔的电磁共振模式及频率,确定最佳电磁共振条件下谐振腔的开口深度;最后根据波导耦合原则,设计谐振腔与波导的耦合方式。经实验测试,无极紫外固化灯的发射光谱与所用无极紫外放电灯管的理论光谱相一致,并且测得的紫外光功率分布也与光学仿真的结果符合。     

基于微波谐振腔微扰法测量装置的葡萄糖溶液浓度测试系统

针对生物医学工程对无创检测血糖技术的迫切需求,开展了用于溶液浓度检测的谐振腔微扰法研究;借鉴文献中采用谐振腔微扰法测量葡萄糖溶液介电常数来确定溶液浓度的经验,建立了微波谐振腔微扰法测试系统,采用HFSS软件对腔体耦合环进行了仿真优化,结果表明溶液介电常数的变化将导致谐振腔谐振频率的显著变化;根据仿真优化结果,使用搭建的溶液测试系统,实现对不同浓度葡萄糖溶液的介电常数的测试。     

复介电常数在绝缘子污秽检测中的应用

根据微波辐射特性,提出了一种新的污秽检测方法,该方法利用污秽物的复介电常数特性作为主要参数之一来测量污秽等级。分析了污秽复介电常数与辐射亮温的关系,并利用微波波导测量法测量了实验室制备的各种不同含水含盐的污秽物的复介电常数,研究了介电常数的实部和虚部与含水量、盐度的关系,给出了污秽辐射亮温与盐度的关系。实验研究结果表明污秽物复介电常数的实部与含水量、虚部与盐度存在确定关系,这为利用微波辐射计检测污秽物的性质提供了可能和实验依据。     

介电常数的实地测量装置的研制

介绍自由空间法实地测量介电常数的原理、方法和系统,依据原理,搭建室内测量系统进行了介电常数测量,利用S波段喇叭天线在垂直入射条件下接收反射波的幅度和相位,并采用金属板绝对定标法获得被测目标的反射系数,根据菲涅尔反射定律反演得到了土壤的介电常数。测量过程中引入时域去嵌技术有效抑制了多路径干扰信号,提高了幅度测量的精度;验证了测量相位的准确性,并给出了测量结果与模拟结果的比对,证明了实验的可实施行。     

基于微波辐射原理的污秽绝缘子检测仪研制

用微波辐射计对绝缘子进行测量,根据所测目标天线不同的温度,反演出被测目标的辐射亮温,进而推出绝缘子的污秽程度。研究内容具体包括;微波辐射计定标;辐射计反演系统的研制;通过实验完成绝缘子污秽物的辐射特性与等值盐密、空气相对湿度、盐雾电导率等量值的关系,分析污秽程度与辐射能量之间的关系,从而找出污秽预警门槛值。     

高功率微波矩形波导衰减器的设计与实验

提出了一种高功率微波矩形波导衰减器。本设计中,衰减器是由矩形波导、Na2SO4衰减溶液以及装此溶液的石英容器组成。首先采用同轴探针法测量1.8~2.4GHz频段内Na2SO4溶液的介电常数,然后利用CST软件在1.8~2.4GHz频段内建模和仿真计算衰减量为(52±2)dB、驻波比小于1.35的衰减器。最后按照仿真得到的最优结构尺寸制作了高功率矩形波导衰减器,并对衰减器的衰减量和反射系数进行了实测和分析。为高功率微波衰减器的设计方法的研究提供了一种有效的理论和实验研究平台。     

Microwave Dielectric Mechanism Studied by Microwave Near-Field Microscopy and Raman Spectroscopy

Microwave dielectric ceramics such as Ba(Mg_1/3Ta_2/3)O₃ and Ba₂Ti₉O₂₀ possess high dielectric constant and low dielectric loss in microwave frequency regime and have tremendous potential for device applications. In these materials, the presence of extrinsic defects, such as secondary phases, usually altered the microwave dielectric properties of the materials markedly, but the correlation of the microwave dielectric response of the materials with their microstructure has not been fully understood due to the lack of dielectric response in the local area. In this article, microwave near-field microscopy and Raman spectroscopy were used to investigate the microwave dielectric mechanism, viz. we measured the microwave dielectric properties of the materials in micron region by using a evanescent microwave probe (EMP) and, at the same time, examined the lattice vibration characteristics of the region by using a micro-Raman spectrum. How the presence of the secondary phase affects the microwave dielectric properties of the materials is thus systematically investigated. The causes of intrinsic or extrinsic dielectric loss were explored by comparing the dielectric images in SEMP at microwave frequencies and the corresponding Raman Spectra.     

Experimental and numerical studies of dielectric properties of BaTiO/sub 3/-platinum composites at microwave frequencies

The conductor loading method has been used for creating a lossy dielectric material with a desired loss tangent. This method may also be applicable for developing high dielectric constant materials. In this paper, we will present the experimental results of the dielectric properties of BaTiO/sub 3/ and BaTiO/sub 3/ -platinum (BaTiO/sub 3/-Pt) composites. These composite materials were designed to increase the real part of the effective dielectric constant at high frequency. Three different platinum volume fractions were used, 3, 5 and 10%, to make BaTiO/sub 3/-Pt composites, in addition to a pure BaTiO/sub 3/ material. To characterize the BaTiO/sub 3/-Pt composites, microwave frequency measurements were conducted using the waveguide transmission technique. The experimental and numerical results verify that it is possible to increase the dielectric constant using the conductor loading method.     

串联谐振法测量1/4波长介质同轴谐振器的特性参数

本文介绍一种测量1/4波长介质同轴谐振器主要特性参数的方法.介质同轴谐振器等效为并联谐振回路,直接串入线路无法测量其参数,本文提出串联谐振法,即在谐振器的开路端串联一只高Q值的电容器,形成串联谐振回路,用网络分析仪测量其传输曲线,从曲线上直接读出该回路的谐振频率和Q值,然后用本文推导出的公式便可计算得出谐振器的谐振频率和无载Q值.本文还用介电常数为74的陶瓷材料制成了1/4波长介质同轴谐振器进行了一系列的实验,实验结果表明,该方法简单,非常实用.     

绝缘子污秽的微波辐射特性研究

为较好地了解绝缘子上污秽的分布,根据微波辐射特性,提出了基于污秽物在微波波段的辐射特性差异来检测绝缘子绝缘状况的方法,其原理是绝缘子上有污秽物时发射率会随着污秽量和污秽性质变化导致辐射计的输出变化。在实验室中通过测量涂污绝缘子在污、湿环境中的天线温度,可得到等值盐密与天线温度的对应关系,从而可依据测量的天线温度去对应绝缘子的污秽程度。结果表明,绝缘子的污秽程度与天线温度有着较严格的对应关系。这种污秽量、水气与天线温度的确定关系,为准确监测绝缘子的污秽状况提供了理论依据,特别是对于污秽物与水共同作用,导致绝缘强度降低,造成污闪的现象,这种方法更接近实际工况。     

High quality BaxSr1-xTiO3 films grown by mocld and novel ferroelectric/ferrite structures for dual-tuning microwave devices

Abstract

Excellent single crystal Ba_xSr_1-xTiO₃ (BST) films were grown on LaAlO₃ substrates using the metal-organic chemical liquid deposition (MOCLD) method. Very low losses (tanδ ∽0.002-0.008) were measured from these films at 400 KHz. Biaxially oriented BST films were successfully grown on polycrystalline YIG substrates using both MOCLD and pulsed laser deposition methods with biaxially oriented MgO and YSZ buffer layers. The dielectric losses of the films range from 0.005 to 0.015 while 25% of dielectric constant change was observed with 40V bias voltage up to 10 MHz. Both the dissipation and dielectric constant of the films remained nearly constants over a wide temperature range (77 K to 380 K). A dual-tuning microwave coplanar phase shifter using a BST film grown on a MgO buffered polycrystalline YIG substrate was fabricated. A significant phase shift was observed in GHz frequency range when an electric bias or a magnetic field was applied to the device.     

同轴谐振腔测量片状介质材料的介电常数

基于同轴谐振腔,提出一种测量低损耗片状介质材料相对介电常数的方法。结合麦克斯韦方程组和电磁场边界条件,分析部分填充介质的同轴谐振腔内TEM谐振模,推导填充介质同轴谐振腔的本征方程。采用多项式拟合法简化计算模型。本文通过计算分析,设计一个空腔工作频率在1.8183 GHz的同轴谐振腔进行研究。在HFSS电磁仿真软件中进行仿真分析,研究填充介质材料的厚度和放置高度对测量结果的影响,仿真测量结果与理论模型结果一致。在实验中搭建测量系统实现全自动测量。实验测量同轴谐振腔空腔的谐振频率为1.8183 GHz。对FR4介质材料的相对介电常数进行测量。经过多次测量表明测量系统稳定性良好。实验结果符合实际标称值,与仿真误差小于5%,证明该方法的可行性和准确性。