A Broadband Complex Permittivity Probe Using Stepped Coaxial Line

This paper proposes the stepped coaxial line sensor using the reflection coefficient in microwave range for complex permittivity measuring. The proposed probe is adapted from the conventional SMA connector which is cheap and easy to fabricate. The analysis model of the probe has been done by using FDTD method with the reference material such as the distilled water. The stepped SMA probe presents the accurate result compared with the convention one. The permittivity values of the concentrated alcohols of 10%, 15% and 20% as DUTs at 24oC in a frequency range of 0.1 GHz to 6 GHz have been measured using the proposed probe. Also, the measurement of salted butter permittivity has been performed. The measured results are more accurate compared with the commercial probe.

星载Q频段发射变频放大电路的研制

为了适应卫星通信向毫米波高频段快速发展的需求,设计实现了一款星载Q频段发射变频放大电路组件。首先,给出了发射变频放大电路的原理框图,通过优化电路布局将信号变频放大电路和本振信号倍频电路高度集成在一个组件内部,实现了组件的集成化和小型化,降低了电路的研制成本。其次,对发射变频放大电路组件的宽带特性进行优化设计,通过优化微带互联线的宽带阻抗匹配网络,同时采用加载短截线的方法增大波导-同轴-微带探针的工作带宽,有效地改善了发射变频放大电路在宽带内的增益平坦度特性。最后,对金属腔体和电源电路进行优化设计,提高电路的稳定性和可靠性。完成发射变频放大电路的加工测试并给出测试结果,整机联调验证后在型号任务中推广应用。

基于BP神经网络的液体复介电系数反演计算

实现了一种基于BP神经网络结合同轴探头计算液体复介电系数的方法。首先,应用时域有限差分法,设计了2.45 GHz频率下的同轴探头液体测量结构,通过该结构计算得到复介电系数和S_(11)参数一一对应的数据集;然后,构建了分别用于反演计算复介电系数实部和损耗角正切的两个BP神经网络模型。同时,将复介电系数和S_(11)参数的数据集用于两个BP神经网络的训练;最后,通过实验测量得到3种待测溶液的S_(11)参数,将测量得到的S_(11)参数代入训练好的BP神经网络,从而反演计算出待测溶液的复介电系数。实验结果表明,反演计算值与文献值具有较好的一致性。

S波段超大功率固态合成功放的研究

文中介绍了一种新型S波段超大功率合成固态功放。针对万瓦级脉冲固态功放的使用需求,采用小型化微带合成技术和高效空间波导合成技术,设计了具有双同轴探针结构的E面波导T型合成器,在300 MHz的带宽内,回波损耗均小于-23 dB,频带内信号插损小于0.05 dB。实测过程中,功放输出的脉冲功率峰值可达77.5 dBm(55 kW),功率平坦度小于0.5 dB,小信号功率增益不低于60 dB,最大脉冲宽度5μs,工作比2‰,波导合成效率大于90%。该功放实现了16路自研4500 W末级功率管的高效功率合成,研究和解决了超大功率下的波导内场强击穿问题。

基于开口同轴法的岩矿石样品介电常数测试

火成岩及变质岩找矿是金属探矿的重要组成部分,围岩与矿体之间存在的电性差别是区分二者的重要标志;另外探地雷达以高频电磁波传播为基础,决定电磁波场波速的主要因素是介电常数,因此以介电常数及电导率为内容的电性参数测试就显得尤为必要.传统岩矿石介电常数测试主要使用同轴传输/反射法,而开口同轴法在岩矿石电性测试方面的工作开展较少.本文基于终端开口同轴探头法,利用谱域准静态模型,开发了一套岩矿石复介电常数测试系统.该系统的岩矿石样品制作简单,避免了传统方法中岩样制作困难、岩样成品率低的弊病,且算法较为成熟,满足宽频带要求.本文使用开口同轴法分别测试了几种典型的成矿火成岩及变质岩介电常数.介电常数计算结果能够较好地表征围岩与矿体的差别,这为实际金属矿钻孔探测打下了基础.

盾构隧道壁后注浆材料的介电常数测定

在利用地质雷达对盾构隧道壁后注浆进行探测的过程中,电磁波在注浆浆液中的传播速度是影响探测精度的关键参数之一。首先,提出一种测量介质介电常数的终端开路同轴探头技术,该技术将同轴探头紧贴有导电衬底的介质,通过测量探头终端的反射系数来确定介质的介电常数;然后,通过这种室内同轴探头法,测试在频率为1 GHz范围内,上海地区盾构隧道所使用的两种不同配比惰性浆液在第1天龄期的介电常数值以及一定配比的双浆液在第3天和第14天龄期的介电常数,进而得到在不同频率下电磁波在浆液中精确的传播速度。通过对试验结果的分析可知,不同的测试频率、不同的浆液配比以及不同的龄期等因素都影响电磁波在浆液中的传播速度。

同轴探头法测量片状介质材料的微波介电常数

提出了一种可用于测量片状介质材料微波复介电常数的同轴探头技术。该技术将同轴探头紧贴有导电衬底的片状介质 ,通过测量探头终端的矢量反射系数来确定介质的微波复介电常数。详细介绍了所采用的理论模型和测量系统。测量了一些常见介质材料的介电常数 ,测量值与理论值基本吻合。文章的同轴探头技术不仅可用于测量厚度较小的片状介质 。

同轴探头微波检测热障涂层的参数敏感性研究

为实现低频率段对热障涂层（Thermal barrier coating，TBC）的微波无损检测，利用同轴探头在0～17GHz工作频率范围内对热障涂层的厚度、孔隙率和金属基体表面的裂缝进行微波无损检测理论仿真，对检测中的参数敏感性进行研究，从而提高检测的灵敏度，防止漏检现象的产生。采用CST微波工作室对检测中同轴探头的尺寸和热障涂层的厚度等参数的检测敏感性进行理论计算。热障涂层厚度检测结果显示，同轴探头越小时检测灵敏度越高，并且对应的相位差零点处的工作频率越高；热障涂层孔隙率检测结果表明热障涂层的厚度越大时检测灵敏度越高；金属基体表面裂缝的检测结果表明扫描步长小于外导体内半径时可以防止漏检。由研究结果可知，利用合适尺寸的同轴探头可以实现在低频率段对热障涂层的微波无损检测。

基于探头导纳模型的复介电常数测量技术

基于开口同轴探头的导纳模型,建立被测材料复介电常数与反射系数之间的数值关系。使用矢量网络分析仪测量探头终端的矢量反射系数,利用虚拟仪器构建可视化界面,通过软件编程反演计算来确定被测介质的复介电常数,并对已知材料的测量值、HFSS软件仿真值、模型理论值对比,能够很好地吻合,验证了该模型的准确性。对一些常见介质及吸波材料进行了测量。本方法具有非破坏性,适于现场测量,而且具有设备简单、操作方便直观、测量精度高等优点。

FDTD法分析探针加载微带天线的简便方法

给出了一种FDTD法分析短路探针加载同轴馈电的微带天线。该方法利用一维传输线模型描述同轴线部分;而用细导线模型来分析探针。其优点是模型简单,易于编程,且程序的通用性好。数值和实测结果符合较好,表明该方法是有效的。

同轴探针激励圆波导输入阻抗的研究

用等效电路的方法推导了圆波导内径向探针的输入阻抗表达式以及等效电路各参数的表达式。实验测量表明单个同轴探针与圆波导匹配良好。理论计算与实验测量吻合较好。

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。

1MHz-120MHz生物活性组织介电特性测量与分析方法

目的:研究生物活性组织高频段介电特性测量手段以及建模分析方法 ,为人体活性组织介电特性研究提供指导。方法:在1 MHz^120 MHz频段上利用终端开路同轴探头对家兔肝脏、肌肉与肾脏组织进行单端口反射测量,并通过相位相消法解决工作频段下同轴探头的相位标校问题。根据简化后的等效电路模型对测量结果进行分析计算,最后得出被测组织在各频点下的介电特征参数,并将结果与阻抗测量得到的数据进行对比。同时,利用Cole-Cole方程对被测组织介电特性进行数据拟合分析。结果:通过与阻抗测量得到的数据对比证明,终端开路同轴能够在高频段内对生物组织介电特征参数进行很好的检测。同时,相位相消能够解决终端开路同轴探头在工作频段内相位标校问题,得到较好的测量结果。实验结果表明,含水量相当的组织介电特性在高频段内比低频段内更为接近,从一个方面验证了高频段组织内部水的极化与介电色散对组织介电特性分布的影响;此外,根据测量数据的Cole-Cole方程曲线拟合结果推测:不同生物同种类型组织的介电特性差异主要体现在Cole参数的弛豫部分。结论:通过理论分析与实测结果证实了终端开路同轴探头测量生物活性组织介电特性,并且利用Cole-Cole方程进行数据拟合进而分析生物组织介电特性的可行性,对今后更为深入的研究具有一定帮助。

基于电小尺寸终端开路同轴探头标校方法的比较

目的：利用终端开路同轴反射法测算物质介电系数时,针对电小尺寸探头确定一种简单可靠的标校方法。方法：通过误差分析,针对电小尺寸探头提出了采用相位相消的标校思路;并在10~120 MHz频段内建立终端开路同轴计算模型,就不同待测物进行仿真验证和物理模型验证,比较相位相消和常用标校方法得到的结果。结果：采用相位相消法标校后,测算介电系数误差小于5%,电导率误差小于1%,且测算结果抖动较小,优于常用方法标校后得到的结果。结论：利用终端开路同轴反射法测算物质介电系数时,针对电小尺寸探头采用相位相消法较常用标校方法更加简单可靠,更适用于实测。

一种采用同轴探针馈电的半球形介质谐振天线

介质谐振天线具有一些突出的优点,如:体积小、效率高、带宽很宽等。本文仿真设计了一种采用同轴馈电的半球形介质谐振天线,并研究了其探针长度、馈电点位置和介电常数对天线性能的影响。

同轴探针对称激励矩形波导模式谱图研究

通过理论分析证明,同轴探针对称激励矩形波导时,其模式谱图中不存在引起合成场结构不对称的高次模TE20及TE01模。应用分式线性变换检测法进行了对比测试,验证了理论分析结果的正确性。对聚四氟乙烯样品,在7-16GHz频带内测量其复介电常数均有较高的测量精度。实验表明,在一定条件下,标准三公分波导工作频率可高达16GHz,如果取波导宽窄边比r=3,工作频率可达19GHz。所得结果对于微波材料宽带测量具有实用价值。

同轴电探针耦合测高功率微波

本文从理论上对同轴电探针耦合检测高功率微波进行了简明的分析，推导了在国波导中传输TM（mn）和T（mn）模耦合度的计算公式。设计了一种同轴电探针，并用此探针近似测量虚阴极振荡高功率微波发生器产生的单次脉宽30ns的高功率微波，测得X波段脉冲峰值功率为1GW左右。此种测量高功率微波的方法虽不很精确，但作为一种监测的手段，具有结构简单，使用方便等特点。

一种高功率容量HPM耦合测量装置

设计了一种具有高功率容量的高功率微波(high power microwave,HPM)耦合测量装置。该装置使用截止波导对HPM信号取样,并经过同轴探针将取样信号耦合到同轴电缆中。截止波导可以限制进入耦合单元的射频功率,同时,截止波导和传输高功率微波的主波导连接处允许大的倒角,因此,该耦合装置能够保证较高的功率容量。此外,通过调节截止波导中探针的长度,可以实现不同的耦合度,容易满足不同功率水平HPM测量的应用需求。与传统的耦合器相比,所设计的耦合器结构简单且功率容量高,其可行性已经得到了HPM实验的证实。

微带六端口介电常数在线测量系统

本文介绍用微带六端口反射计和开路同轴探头测量介电常数的原理及定标方法。实验数据表明，该测量系统具有较高的测量精度，比较适合于工业环境下介电特性的在线测量。

同轴线TEM波到圆波导TM_(0n)模的转换

本文用复功率守恒技术对同轴探头在国波导中激励TM0n多模问题进行了严格的全波分析，得到了同轴线到圆波导的总散射矩阵，并从散射矩阵出发求得了同轴线中的反射系数和在圆波导中激励出的各TM0n传输模的功率分布反射系数同实验结果作了比较．计算结果表明，当同轴探头在圆波导中激励出TM0n多模时，圆波导允许传输的最高次模式功率含量大.