基于微波透射法的谷物粉相对介电常数检测装置设计

针对谷物属性的快速测量需求,设计了一种小型化的谷物粉相对介电常数快速检测装置。创新性地提出了一种双外差混频结构,并基于自由空间法建立了微波相移量与谷物粉相对介电常数的关系。通过对米粉、大麦粉和糯米粉在4.5 GHz~11.5 GHz频率范围内进行测量,计算出相对介电常数,采用随机森林算法进行种类鉴别。实验结果表明,相对介电常数平均相对误差不超过3.5%,样品预测正确率为96.7%,检测装置具有良好的可重复性和实用性。

平板介质的微波分裂腔法介电常数测试技术

为实现微波频段平板类介质材料的介电常数的无损测试,研究了分裂式圆柱形谐振腔测试方法。介绍了分裂式圆柱形谐振腔的电磁场分析理论,采用模式匹配技术实现了介质加载条件下腔内电磁场分布的精确求解,得到了腔体谐振频率与材料介电常数之间的准确关系。在理论分析的基础上,制作了空腔谐振频率为10 GHz的分裂式谐振腔,并与前期研制的闭式谐振腔进行对比测试,介电常数实部测量结果相对误差小于1%。与国外同类产品进行对比测试,介电常数实部结果基本一致,损耗角正切测量结果更接近于文献参考值。因此,微波分裂腔法能够实现平板介质板材的无损测量,具有准确度高,使用方便等突出优势,可在微波频段内实现介电常数为1~20,损耗角正切为1×10-3~1×10-5,板材厚度为0.1~2.0 mm的各类平板介质材料介电常数的准确测试。

火工药剂介电常数测试技术及响应分析

目的 分析测量不同频率下的火工药剂的介电常数,衡量火工药剂电磁波响应敏感程度。方法 利用电磁波同轴传输技术,设计与研制介电常数测试用夹具、介电常数测试用反演算法及APP,通过测量火工药剂反射系数,对火工药剂复介电常数进行反演,可测量火工药剂在1~18 GHz微波频段的复介电常数。结果 测量分析了火工药剂HY-5黑火药的复介电常数,得到了其1~18 GHz频率范围内的响应特性,黑火药介电常数实部的变化范围为1.0~5.0,在4.52 GHz,出现最大值4.91。结论 火工药剂从微波辐射场中吸收的能量正比于其自身的介电常数,火工药剂介电常数越大,其从微波辐射场中吸收的能量越大。在微波谐振点,火工药剂在运输、储存时需进行一定的安全防护。

超低介电常数的多孔F-pSiCOH薄膜制备及其紫外固化处理

面向高性能集成电路可靠性设计要求之下,开展以硅集成电路(IC)三维集成器件超低介电常数的介电薄膜研究。采用化学气相沉积法制备了一种超低介电常数(k)值的多孔F-pSiCOH薄膜。利用傅里叶变换红外光谱测定了多孔F-pSiCOH薄膜的化学结构和化学键,并探究了紫外线辐射对多孔F-pSiCOH薄膜机械性能的影响。结果表明:纳米孔和氟原子的引入能有效地降低介电常数,使多孔F-SiCOH薄膜的k值为2.15。紫外固化处理增强了多孔F-pSiCOH薄膜的弹性模量,使多孔F-pSiCOH薄膜的弹性模量从4.84GPa增大到5.76GPa,力学性能得到优化。

井下油基泥浆电阻率和介电常数测量方法与测量探头设计

随着油气勘探的发展,油基泥浆应用越来越广泛,适用于油基泥浆环境的电成像仪器也获得了大量应用。油基泥浆电阻率与介电常数对电成像仪器的测量影响很大,需要利用探头附近油基泥浆电阻率和介电常数数据对成像测量结果进行补偿。介绍了一种实时测量井下油基泥浆电阻率与介电常数的方法及其探头的设计,利用发射电极、接收电极及充满在环形间隙的油基泥浆形成同轴圆柱电容器,建立油基泥浆电阻率与电容器等效电阻的定量关系及油基泥浆介电常数与电容的定量关系,从而确定油基泥浆电阻率与介电常数。该技术为补偿油基泥浆对电成像测量数据的影响提供了理论依据和技术支持。

基于分子动力学仿真的混合油中水分子扩散行为及其介电常数研究

绝缘油是油浸式变压器内绝缘的重要组成部分,其绝缘性能对电力系统的稳定运行至关重要。实验研究表明植物油与矿物油共混可有效提升其绝缘性能,但改性机理尚不明确。该文利用分子动力学研究了植物油、矿物油不同共混比例下油中水分子的扩散行为及其介电常数。结果表明:随着植物油占比增加,水分子的扩散系数逐渐降低,抑制了油中“水桥”的形成,提升了混合油的绝缘性能。水分子与混合油组分分子之间相互作用能与氢键计算结果表明,植物油中强极性基团的引入增大了混合油与水分子的相互作用能与氢键数目,抑制了水分子的热运动,导致其扩散系数降低;而随着植物油占比增加,混合油的静态介电常数显著增大,且随着含水量的提高显著上升,这是由于水分子及植物油中强极性基团的引入增大了混合油中参与极化的粒子数目,导致体系介电常数显著增高。综上所述,强极性基团是影响混合油绝缘性能的重要因素,共混时需综合考虑其对水分子扩散行为的抑制及对介电常数的增大效应,以达到提升混合油绝缘性能的目的。

新国标GB/T43801-2024《微波频段覆铜箔层压板相对介电常数和损耗正切值测试方法分离介质谐振器法》解读

本文介绍了最新发布的国家标准GB/T43801-2024《微波频段覆铜箔层压板相对介电常数和损耗正切值测试方法分离介质谐振器法》的基本情况、制定背景、制定过程、内容要点等,并提出了一些个人的看法与观点,以方便大家能够更好地理解和使用该标准。

低/超低介电常数聚酰亚胺的研究进展

聚酰亚胺(PI)是综合性能最佳的有机高分子材料之一,被认为是最具潜力的柔性电子器件基材。下一代电子元器件正向低维度、大规模及精细化集成发展,对作为层间绝缘材料的PI提出了更高的要求,而普通芳香族PI介电常数偏高,无法直接应用于微电子工业领域。因此,当前急需开发降低PI材料介电常数的新方法。本文综述了近年来低/超低介电常数PI的相关研究和系统性工作,希望这些综合性归纳能为低、超低介电常数PI的构筑提供新方案,也为PI的加工工艺提供新的视角。

低含水油水两相流等效介电常数模型

电容法测油水两相流含水率在油田的地面油水计量及井中的产出剖面分层测试中都得到广泛应用。持水率(水相体积分数)的测量需要建立油水两相流持水率与传感器电容的关系,为此需要建立混相等效介电常数与持水率的理论模型或经验模型。由于油井采出的地层水以及地面实验室标定所用的自来水在低频和中频时均具有良好导电性,因此,单纯考虑介电性而不考虑导电性会对持水率测量的准确性产生显著影响。基于电介质极化的有效电场理论,在低含水且油水状态为精细泡状流条件下,将水视为良导体,建立了油水两相流等效介电常数模型。按此模型,油水两相流的等效介电常数只取决于持水率和油相介电常数,与水相介电常数以及水相电导率无关,初步实验验证了模型正确。该研究对于油为连续相时油水两相流的含水率传感器的设计和现场应用具有重要意义。

基于叉指电容结构的双频段谐振复介电常数传感器

基于叉指电容结构设计了一种双频段谐振传感器,用于液体复介电常数的测量。通过仿真分析、加工和实测,验证了该传感器在灵敏度、小型化和工作带宽等方面的优势。仿真和实测结果均表明,该双频段谐振传感器灵敏度高达5.2%,能够用极少量的液体同时实现两个频点液体复介电常数的无损测量,并可基于一定的校准操作测量甲醇-乙醇混合溶液的浓度。通过同时获取两个频点的测试数据,测量误差由4.2%下降至2%,有效提高了液体复介电常数测量的准确度。此外,可进一步调整叉指电容结构尺寸,拓展成多频段谐振传感器,以实现液体宽频带介电谱的准确获取。

基于功率分配的双频段复介电常数测量装置

本文设计了一种基于功率分配原理的平面双频谐振传感器,旨在提高液体复介电常数的测量精度。该设计在功率分配器两个端口分别引入了三层嵌套式SRR结构,通过调整SRR结构的尺寸,实现了在2.7~3.4GHz和4~5.7GHz两个工作频段的液体复介电常数测量,并通过两个工作频段同时测量提高了测量的精确度。仿真和实物测试均表明了其在灵敏度、小型化、工作带宽、测量精度等方面的优势。在适当的校准基础上,该传感器能够在使用较少液体和较低成本的前提下,实现对甲醇-乙醇混合溶液复介电常数的有效测量。此外,可进一步调整三层嵌套SRR结构尺寸,利用功率分配结构拓展成多频段谐振传感器,以实现液体宽频带介电谱的准确获取。

介质管介电常数对大气压Ar冷等离子体射流特性的影响

通过二维流体模型,研究介质管的介电常数对大气压氩气冷等离子体射流放电性质的影响.结果表明,射流在介质管内外具有不同的放电性质.当射流在介质管内时,电离波沿着介质管内表面向管口传播,因而呈现环状结构,其传播速度先增加后减小.介电常数越大,环形结构的半径越小,电子密度越低,射流传播的速度也越小.当射流喷出管口后,射流的传播速度迅速提升,然后减小,介电常数越大,提升越快.随着射流的传播,环状结构不断收缩,最终消失.研究结果对大气压冷等离子体源的设计和优化具有一定的理论指导意义.

基于探地雷达的树木根系相对介电常数估算

【目的】本研究提出一种基于雷达波信号和树木根系参数的估算方法,以实现树木根系相对介电常数的定量估算。【方法】首先,仿真模拟雷达波在不同半径、不同相对介电常数的树木根系下的传播路径,并通过正演分析获得探地雷达图像中双曲线顶点处的A-scan曲线;然后,提取A-scan曲线中与根系相对介电常数关联的目标振幅参数ΔF;最后,结合土壤相对介电常数、根系半径、根系深度,建立相对介电常数估算的数据集。分别基于偏最小二乘回归(PLSR)模型、反向传播(BP)神经网络模型和粒子群优化反向传播(PSO-BP)神经网络建立估算模型,并对比分析这3种模型的估算精度。【结果】(1)在仿真实验中,PSO-BP神经网络估算模型的均方根误差、平均绝对误差分别为0.701、0.255,R2为0.990,各指标均优于PLSR和BP神经网络估算模型。(2)在实地预埋实验中,PSO-BP神经网络估算模型的估算精度均优于PLSR和BP神经网络估算模型,其最大绝对误差和整体平均相对误差分别为3.16和10.88%。【结论】利用本研究提取的目标振幅参数ΔF、土壤相对介电常数、根系半径和根系深度建立的数据集,结合PSO-BP神经网络估算模型,能够实现对树木根系相对介电常数的准确估算。这对于评估树木根系的生长和健康状况具有重要意义。

土壤介电常数模型研究综述

【目的】调查影响土壤介电常数的主控因子,归纳分析土壤介电常数模型的研究现状。【方法】从土壤介电理论出发,系统梳理土壤介电常数的主要影响因素,对现有土壤介电常数模型进行分类总结,并对比分析各模型的优势、局限和应用现状及其发展趋势。【结果】国内外不同土壤类型的介电常数主控影响因素各异,且对测试频率的依赖性较大,但能有效反映土壤的水分状态;土壤介电常数模型分为4类:理论模型、半经验理论模型、经验模型和边界模型。【结论】目前针对区域性特殊土类的介电特性及模型构建研究较少;考虑土壤三相组比、矿物成分和微观结构对介电常数的贡献度将有助于提升模型精度,进而拓展基于介电常数测试的土壤理化性质评价分析方面的应用研究。

基于近零介电常数材料的热辐射调控研究进展

热辐射调控基于热辐射特性和物质相互作用实现对热辐射强度、频谱分布和方向的调控,在能量转化、传感等领域具有广泛的科学研究价值。传统热辐射材料受限于材料本身辐射吸收特性而无法实现按需设计及可控热辐射性能。近零介电常数(ENZ)材料因其特定波长附近介电常数近零而具有低折射率、强色散和电场增强等独特电磁响应特性,在调控热辐射方面具有巨大潜力。本文介绍了不同红外波段的ENZ材料分类以及ENZ材料电场增强机理,并围绕研究工作重点论述了近几年基于ENZ材料的宽带、定向、动态及可见兼容红外热辐射调控器的结构设计及最新进展,最后总结了基于ENZ材料的热辐射调控器目前所面临的挑战并展望了其未来发展方向。

用于测量材料介电常数的高精度微波传感器

提出了一种用于测量材料介电常数的微波传感器,其特点是成本低、测量精度高。在传统的互补裂环结构上进行优化设计,实现了更大范围的测量区域;并加载了金属通孔结构,将电场限制在测量区域内,达到了更好的测量效果。结果显示传感器的测量灵敏度为2.89%。传感器在空载时谐振频率为2GHz;当样品加载到测量区域时,测量区域的电场将发生变化,从而导致频移。选取了介电常数值为1~10的样品进行了模拟加载试验,得到了介电常数与谐振频率的拟合经验关系式,同时采用5种常见的高频板材对拟合公式进行了验证。结果表明:传感器具有很高的测量精度,整体测量误差为0.8%,证实了利用该传感器测量材料介电常数的可行性。

煤单轴压缩介电常数与电磁辐射同步响应实验研究

为了研究单轴加载条件下,煤在不同变形和破坏阶段的相对介电常数与电磁辐射的响应规律,建立了针对单轴压缩煤的裂纹、电性参数和电磁辐射的同步监测系统,分别测试了不同煤种在垂直层理方向上单轴载荷过程中相对介电常数和电磁辐射脉冲数随时间的变化特征,研究其变化规律。研究结果表明:微裂隙压密阶段,随着煤孔隙和裂隙的闭合,电磁辐射脉冲数增加,相对介电常数有一定程度的波动;弹性变形阶段,电磁辐射脉冲数和相对介电常数变化减小,相对介电常数变化曲线接近线性;在裂隙发生和扩展阶段,与前一阶段相比,电磁辐射脉冲数有所增加,相对介电常数有一定的波动,呈现先减小后增大的趋势;在裂隙不稳定发展直至破裂阶段,电磁辐射脉冲数出现峰值,相对介电常数变化波动明显,在应力峰值之前呈现先增大后减小再增大的趋势。通过对相对介电常数和电磁辐射脉冲数的同步对比分析得出,电磁辐射脉冲数增长一般出现在相对介电常数变化较大的区域。

用于测量介电常数的叉指电容传感器设计

为实现保持一定精度的低成本测量样品介电常数,提出了一种改良型叉指电容传感器结构和便捷的测量方法。通过传感器模型和测量电路的设计与仿真,借助极间电容建立了归一化输出信号电压幅度与介电常数的线性关系,提供了通过归一化输出电压幅度得出介电常数的便捷方法。在无需严格限制待测材料尺寸的情况下,仿真结果表明:该传感器和测量方法可对材料实现快速测量。实际校准和测量表明:对于相对介电常数在5.6以下的材料,本文传感器和方法可实现相对误差小于3%的介电检测,且具有测量便捷、成本低、尺寸小的特点。

高介电常数La_(2)O_(3)材料的制备方法及其介电性能研究进展

在众多高介电常数栅介质材料中氧化镧(La_(2)O_(3))因带隙大、热稳定性良好等特点而具有代替传统SiO_(2)栅介质材料的潜力。介绍了La_(2)O_(3)薄膜的制备方法,综述了目前改善La_(2)O_(3)薄膜介电性能的方法并展望了其未来发展前景。

慢波结构等效介电常数提取方法研究

针对天线和微波器件设计中小型化问题,论文研究了电容增强型慢波结构降低电磁波相速,达到小型化技术。通过加载周期性金属盲孔构成的慢波结构,可以大幅度提高微带贴片天线和微波腔体的等效介电常数。研究表明,对于相同结构和尺寸的慢波结构,上述两种方法所获得的等效介电常数提升是一致的。论文针对应用需求,设计了一种电容增强型慢波结构,其慢波效果十分明显,对应的等效介电常数可提高约50%,理论上对应的天线及微波器件电路尺寸可缩减30%以上。论文的仿真与实验测试结果支持了以上结论,且仿真结果和实测结果吻合度较高。