微波和太赫茲波段復介電常數(shù)與復磁導率測量技術(shù)

　　材料在微波和THz波段的復介電常數(shù)與復磁導率是各種應(yīng)用系統(tǒng)如無線通信、雷達、微波遙感成像和射電天文等的關(guān)鍵基本設(shè)計參數(shù)之一。微波和THz波段的復介電常數(shù)與復磁導率的測量方法與技術(shù)就成為制約這些領(lǐng)域的關(guān)鍵瓶頸之一，基于不同測試原理的各種測量方法與技術(shù)層出不窮。在眾多測量方法中，二端口傳輸線法（Two-Port Transmission Line Method，T-PTLM）以簡單、寬帶和精度適中的優(yōu)勢被廣泛應(yīng)用。其核心是如何有效并精準地從傳輸/反射（Transmission/Reflection，T/R）、僅反射（Reflection-Only，R-O）或僅傳輸（Transmission-Only，T-O）測試得到的S參數(shù)中提取出待測材料不同頻率點的復介電常數(shù)與復磁導率值。在全面總結(jié)文獻中現(xiàn)有的各種提取方法與技術(shù)基礎(chǔ)上，針對目前文獻中主流提取方法與技術(shù)的不足，提出了獨特的解決方式，以克服這些不足。依據(jù)S參數(shù)的測試方法和測試材料的層數(shù)，將本文工作分為三個部分，研究內(nèi)容及其創(chuàng)新點總結(jié)如下：1. 針對基于T/R測試提取單層平板材料復介電常數(shù)廣泛存在的諧振、多解和受到樣品測試位置影響三大難題，首先依據(jù)電磁場理論提出新型解析提取方法，完善了抑制解析提取諧振的理論；然后創(chuàng)造性地提出一種計算復雜度低的組合提取方法，同時解決了這三大難題。實驗和仿真驗證了提出的方法。2. 針對基于T/R測試提取襯底上薄膜和平板間粉末/顆粒材料復介電常數(shù)與復磁導率尚存的不足之處，拓展上述基于電磁場理論的方法，提出計算復雜度低且同時適用于TE10和TEM波傳輸線測試的解析提取方法。解決了襯底上薄膜復介電常數(shù)與復磁導率提取多解問題和平板間粉末/顆粒復介電常數(shù)提取諧振問題。實驗和仿真驗證了提出的方法。3. 對于T/R測試無法實施或無效時必須應(yīng)用的R-O和T-O測試，通常只用于單層平板材料。針對基于R-O測試的提取方法與技術(shù)尚存的兩個不足之處，首先詳細分析反射系數(shù)方程解決了復介電常數(shù)提取多解問題，然后應(yīng)用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)消除了樣品測試位置對提取的影響；針對基于T-O測試提取樣品THz波段復介電常數(shù)存在的初值估計問題，提出基于傳輸系數(shù)的介電常數(shù)估算模型，解決了這個問題。實驗和仿真驗證了提出的方法和技術(shù)。

　　楊闖，男 北京郵電大學網(wǎng)絡(luò)與交換技術(shù)國家重點實驗室特聘副研究員，博士生導師，中國科協(xié)青年人才托舉工程入選者，從事微波太赫茲通信理論與技術(shù)研究，已一作/通信發(fā)表學術(shù)期刊論文20余篇，主持國家自然科學基金、國家重點研發(fā)計劃子課等科研項目。