微波毫米波测试技术及仪器发展动态-下课件

微波毫米波测试技术及仪器发展动态（下）2008年微波技术新进展微波毫米波测试技术及仪器发展动态2008年微波技术新进展1多功能多参数综合测试系统多功能多参数综合测试系统2仪器与模块资源丰富：

GPIB总线台式仪器：136型号产品

VXI总线测试模块：26型号产品

PXI总线测试模块：16型号产品

PCI总线测试模块：7型号产品

LXI总线测试模块（正在开发）自动测试系统硬件资源七种VXI模块到20GHz七种PXI模块到3GHz微波和射频模块品种齐全仪器与模块资源丰富：自动测试系统硬件资源七种VXI模块到203TestCenter软件平台：

集开发、运行和管理于一身的综合软件平台

具有开放、通用、可扩展、便于二次集成

支持各种主流开发软件的TPS第一个国产的具有自主知识产权的集开发、运行和管理于一体的自动测试系统平台软件。自动测试系统软件平台TestCenter软件平台：第一个国产的具有自主知识产权4天线与RCS测试系统天线与RCS测试系统5发射天线AV3860型微波放大器毫米波倍频源模块天线转台参考天线测试混频模块参考混频模块本振与中频分配装置AV3630高灵敏度幅相接收机本振信号源发射信号源转台控制器当用于微波频段时去掉此模块主控计算机天线测量系统组成天线测试系统发射天线AV3860毫米波倍天线转台参考天线测试混参考混本振6接收天线发射天线毫米波倍频源模块参考混频模块测试混频模块本振与中频分配装置本振信号源发射信号源四通道高灵敏度幅相接收机转台控制器主控计算机用于微波频段时去掉此模块RF+IF+DCRCS测量系统组成雷达散射界面测试系统接收天线发射天线毫米波倍频源模块参考混测试混本振与中频分配装7LOIFDC-20MHz微波：基波混频器毫米波：谐波混频器双工板100MHz-20GHz放大器DC本振与中频三工器DC20MHz100MHz-20GHzRF三工器（直流偏置、中频信号和本振信号共用一根同轴电缆）本振功率放大（混频模块原理主机25米正常工作）斜率衰减器（使混频器工作于最佳工作状态）天线与RCS测试系统LOIFDC-20MHz微波：基波混频器双工板100MH8弓形框测试系统传输线测量方法材料测试系统弓形框测试系统传输线测量方法材料测试系统9微波介质材料测量技术微波介质材料的应用微波介质材料的种类:(1)低耗和吸波材料(2)电介质和非电介质材料(3)低介电常数和高介电常数材料(4)不同的外形结构材料介质材料测试的重要性微波介质材料测量技术微波介质材料的应用10测试方法的分类传输法谐振法测试方法的分类传输法11传输法主要包括波导法、同轴线法、带状线传输法、自由空间法以及传输线终端加载法主要优点：测试频带宽,可测试电磁参数,适于高损耗材料的测试

主要缺点：对低损耗材料的损耗测试误差较大测试方法的分类传输法测试方法的分类12谐振法主要包括高Q腔法、矩形腔法、微带谐振器法、带状线谐振器法、超导腔法、介质谐振器法、谐振腔微扰法等主要优点：测试准确度高,特别适合于低损耗材料的测试

主要缺点：测试频带窄,不能同时测试电磁参数测试方法的分类谐振法测试方法的分类13

传输法是将被测材料置入测试装置中，将其作为双口网络，测量此双口网络S参数，从而推算出微波的材料参数也可将被测材料置入传输线终端作为单口网络，并对复反射系数进行测量，从而推算出被测材料的复介电常数传输法测量波导、同轴线和带状线传输法传输线终端加载法自由空间法几种常见方法：传输法是将被测材料置入测试装置中，将其作为双口网14波导、同轴线和带状线传输法波导、同轴线和带状线三种传输测试方法均属于闭场测试方法

被测材料可构成双端口网络散射参数，可同时测出被测材料的复介电参数和复导磁率传输法测量波导、同轴线和带状线传输法波导、同轴线和带状线三15传输法测量传输法测量16

将被测样品加工成可嵌入波导或同轴线内填满终端，然后终端用金属片短路，这样就构成了传输线终端加载法将较大面积的片状介质材料放置在同轴或波导端口外进行测量利用传输线入射的波经被测介质反射后对复反射系数Γ进行检测，可推算出被测材料的复介电常数。该方法可进行无损测量，但对低耗材料的损耗测量误差较大传输线终端加载法传输法测量将被测样品加工成可嵌入波导或同轴线内填满终端，然17传输法测量传输法测量18传输法测量开口同轴探头结构示意图FDTD法网络划分开口同轴法测量系统传输法测量开口同轴探头结构示意图FDTD法网络划分开口同轴法19

自由空间测试法属于开场测量方法,它具有如下优点：1）因为所采用的电磁波为线极化平面波，所以可对材料进行取向测试；2）可实现对介质材料复介电常数的宽频带测量；3）在某些场合可完成非损伤测试自由空间法传输法测量自由空间测试法属于开场测量方法,它具有如下优点：自由20传输法测量自由空间法传输法测量自由空间法21谐振法是通过测试谐振腔（器）的谐振频率和固有品质因数，从而计算出介质材料的微波复介电常数谐振法在测试准确度方面，尤其是低耗材料的损耗测试方面，比起传输要好得多对于高损耗介质材料，谐振法难以找到谐振峰，所以只能对低耗材料进行测量，而且测试往往是在某一个频率点进行，从而限制了它的测试频带近年来，为了弥补它的不足，往往采用多模技术以扩展其测试频带谐振法测量谐振法是通过测试谐振腔（器）的谐振频率和固有品质因数，从而计22常见方法：圆柱形高Q腔法矩形腔法微带谐振器法带状线谐振器法超导腔法介质谐振器法

谐振腔微扰法谐振法测量常见方法：谐振法测量23

圆柱形高Q腔法谐振法测量标准高Q腔法采用圆柱形谐振腔的TE01p模，被测样品加工成圆片状置入腔内，在测得谐振腔加载前后的谐振频率和固有品质因数后，可得介质材料的微波复介电常数该方法由于利用了腔的高Q值和被测样品重加载，测试准确度较高，往往在国家计量部门作为计量标准电子科技大学采用一腔多模配合模式的自动识别和搜索技术，形成了宽频带圆柱形高Q腔法。分别运用多个谐振模式测试了多种材料，在宽频带下达到了满意的测试精确度圆柱形高Q腔法谐振法测量标准高Q腔法采用圆柱形谐振腔24谐振法测量谐振法测量25由块状被测样品填充矩形腔，矩形腔的横向尺寸与介质大小一样，而纵向为部分填充，工作模式通常取TE10p模谐振法测量矩形腔法由块状被测样品填充矩形腔，矩形腔的横向尺寸与介质大小一样，而26微带谐振器法通常将被测介质作为环状微带谐振器的衬底，对其谐振频率和Q值进行测量，可求得复介电常数谐振法测量微带谐振器法微带谐振器法通常将被测介质作为环状微带谐振器的衬底，对其谐振27带状线谐振器法通常将被测基片作为带状线谐振器的衬底材料。当谐振器谐振时，对谐振器进行测量可测得其复介电常数。该方法十分适合用于对微波集成电路基片复介电常数的测量

电子科技大学已建立了该系统。采用同轴线通过空气隙与带状线谐振器进行耦合的方法，成功抑制了当εr′增大时出现的杂模，使εr′的测试范围大大拓宽，且有满意的测试精确度谐振法测量带状线谐振器法带状线谐振器法通常将被测基片作为带状线谐振器的衬底材28超导腔法是利用当测试腔置入低温环境下其微波表面电阻低，Q值高的特点对介质材料的复介电常数进行测量，因为它的Q值较常规腔高得多，所以它尤其适用于对较低损耗材料的测量。

超导腔法谐振法测量超导腔法是利用当测试腔置入低温环境下其微波表面电阻低，Q值29

将圆柱形高介电常数、低损耗的被测介质置入两金属板之间以构成谐振器进行测量的方法,其测试的准确度较高。这种方法对测高介电常数的介质材料，目前仍为最有效的方法。

电子科技大学设计了一套介质谐振器测试系统，实现了在宽频带的频率范围内复介电常数频率特性的测量。

介质谐振器法

谐振法测量将圆柱形高介电常数、低损耗的被测介质置入两金属板之间30

采用较小介电常数的被测介质材料置入谐振腔，对腔内场进行微小的扰动，通过对谐振频率进行测量，可得介质材料的复介电常数。但微扰较大时，将会出现较大的测试误差。微扰法主要有TM0n0的圆柱腔微扰法和TE10p的矩形腔微扰法。

电子科技大学已建立了上述两种测试系统,对低介电常数材料进行了迅速、准确的测量。

谐振腔微扰法谐振法测量采用较小介电常数的被测介质材料置入谐振腔，对腔内场进31由于被测介质材料的外形尺寸、电气特性、物理状态、测试频段不同，所采取的测试方法也不同。所有的测试方法均可采用微波矢量网络分析仪并配上适当的测试装置进行测试，部分的测试方法可采用微波标量网络分析仪并配上适当的测试装置进行测试。由于被测介质材料的外形尺寸、电气特性、物理状态、测试频段32微波介质材料测量的新动向高介电常数低损耗介质薄膜的测量各向异性吸波介质薄膜材料的测量超高温低损耗介质材料的测量微波介质材料测量的新动向高介电常数低损耗介质薄膜的测量33微波毫米波测试技术及仪器发展动态（下）2008年微波技术新进展微波毫米波测试技术及仪器发展动态2008年微波技术新进展34多功能多参数综合测试系统多功能多参数综合测试系统35仪器与模块资源丰富：

GPIB总线台式仪器：136型号产品

VXI总线测试模块：26型号产品

PXI总线测试模块：16型号产品

PCI总线测试模块：7型号产品

LXI总线测试模块（正在开发）自动测试系统硬件资源七种VXI模块到20GHz七种PXI模块到3GHz微波和射频模块品种齐全仪器与模块资源丰富：自动测试系统硬件资源七种VXI模块到2036TestCenter软件平台：

集开发、运行和管理于一身的综合软件平台

具有开放、通用、可扩展、便于二次集成

支持各种主流开发软件的TPS第一个国产的具有自主知识产权的集开发、运行和管理于一体的自动测试系统平台软件。自动测试系统软件平台TestCenter软件平台：第一个国产的具有自主知识产权37天线与RCS测试系统天线与RCS测试系统38发射天线AV3860型微波放大器毫米波倍频源模块天线转台参考天线测试混频模块参考混频模块本振与中频分配装置AV3630高灵敏度幅相接收机本振信号源发射信号源转台控制器当用于微波频段时去掉此模块主控计算机天线测量系统组成天线测试系统发射天线AV3860毫米波倍天线转台参考天线测试混参考混本振39接收天线发射天线毫米波倍频源模块参考混频模块测试混频模块本振与中频分配装置本振信号源发射信号源四通道高灵敏度幅相接收机转台控制器主控计算机用于微波频段时去掉此模块RF+IF+DCRCS测量系统组成雷达散射界面测试系统接收天线发射天线毫米波倍频源模块参考混测试混本振与中频分配装40LOIFDC-20MHz微波：基波混频器毫米波：谐波混频器双工板100MHz-20GHz放大器DC本振与中频三工器DC20MHz100MHz-20GHzRF三工器（直流偏置、中频信号和本振信号共用一根同轴电缆）本振功率放大（混频模块原理主机25米正常工作）斜率衰减器（使混频器工作于最佳工作状态）天线与RCS测试系统LOIFDC-20MHz微波：基波混频器双工板100MH41弓形框测试系统传输线测量方法材料测试系统弓形框测试系统传输线测量方法材料测试系统42微波介质材料测量技术微波介质材料的应用微波介质材料的种类:(1)低耗和吸波材料(2)电介质和非电介质材料(3)低介电常数和高介电常数材料(4)不同的外形结构材料介质材料测试的重要性微波介质材料测量技术微波介质材料的应用43测试方法的分类传输法谐振法测试方法的分类传输法44传输法主要包括波导法、同轴线法、带状线传输法、自由空间法以及传输线终端加载法主要优点：测试频带宽,可测试电磁参数,适于高损耗材料的测试

主要缺点：对低损耗材料的损耗测试误差较大测试方法的分类传输法测试方法的分类45谐振法主要包括高Q腔法、矩形腔法、微带谐振器法、带状线谐振器法、超导腔法、介质谐振器法、谐振腔微扰法等主要优点：测试准确度高,特别适合于低损耗材料的测试

主要缺点：测试频带窄,不能同时测试电磁参数测试方法的分类谐振法测试方法的分类46

传输法是将被测材料置入测试装置中，将其作为双口网络，测量此双口网络S参数，从而推算出微波的材料参数也可将被测材料置入传输线终端作为单口网络，并对复反射系数进行测量，从而推算出被测材料的复介电常数传输法测量波导、同轴线和带状线传输法传输线终端加载法自由空间法几种常见方法：传输法是将被测材料置入测试装置中，将其作为双口网47波导、同轴线和带状线传输法波导、同轴线和带状线三种传输测试方法均属于闭场测试方法

被测材料可构成双端口网络散射参数，可同时测出被测材料的复介电参数和复导磁率传输法测量波导、同轴线和带状线传输法波导、同轴线和带状线三48传输法测量传输法测量49

将被测样品加工成可嵌入波导或同轴线内填满终端，然后终端用金属片短路，这样就构成了传输线终端加载法将较大面积的片状介质材料放置在同轴或波导端口外进行测量利用传输线入射的波经被测介质反射后对复反射系数Γ进行检测，可推算出被测材料的复介电常数。该方法可进行无损测量，但对低耗材料的损耗测量误差较大传输线终端加载法传输法测量将被测样品加工成可嵌入波导或同轴线内填满终端，然50传输法测量传输法测量51传输法测量开口同轴探头结构示意图FDTD法网络划分开口同轴法测量系统传输法测量开口同轴探头结构示意图FDTD法网络划分开口同轴法52

自由空间测试法属于开场测量方法,它具有如下优点：1）因为所采用的电磁波为线极化平面波，所以可对材料进行取向测试；2）可实现对介质材料复介电常数的宽频带测量；3）在某些场合可完成非损伤测试自由空间法传输法测量自由空间测试法属于开场测量方法,它具有如下优点：自由53传输法测量自由空间法传输法测量自由空间法54谐振法是通过测试谐振腔（器）的谐振频率和固有品质因数，从而计算出介质材料的微波复介电常数谐振法在测试准确度方面，尤其是低耗材料的损耗测试方面，比起传输要好得多对于高损耗介质材料，谐振法难以找到谐振峰，所以只能对低耗材料进行测量，而且测试往往是在某一个频率点进行，从而限制了它的测试频带近年来，为了弥补它的不足，往往采用多模技术以扩展其测试频带谐振法测量谐振法是通过测试谐振腔（器）的谐振频率和固有品质因数，从而计55常见方法：圆柱形高Q腔法矩形腔法微带谐振器法带状线谐振器法超导腔法介质谐振器法

谐振腔微扰法谐振法测量常见方法：谐振法测量56

圆柱形高Q腔法谐振法测量标准高Q腔法采用圆柱形谐振腔的TE01p模，被测样品加工成圆片状置入腔内，在测得谐振腔加载前后的谐振频率和固有品质因数后，可得介质材料的微波复介电常数该方法由于利用了腔的高Q值和被测样品重加载，测试准确度较高，往往在国家计量部门作为计量标准电子科技大学采用一腔多模配合模式的自动识别和搜索技术，形成了宽频带圆柱形高Q腔法。分别运用多个谐振模式测试了多种材料，在宽频带下达到了满意的测试精确度圆柱形高Q腔法谐振法测量标准高Q腔法采用圆柱形谐振腔57谐振法测量谐振法测量58由块状被测样品填充矩形腔，矩形腔的横向尺寸与介质大小一样，而纵向为部分填充，工作模式通常取TE10p模谐振法测量矩形腔法由块状被测样品填充矩形腔，矩形腔的横向尺寸与介质大小一样，而59微带谐振器法通常将被测介质作为环状微带谐振器的衬底，对其谐振频率和Q值进行测量，可求得复介电常数谐振法测量微带谐振器法微带谐振器法通常将被测介质作为环状微带谐振器的衬底，对其谐振60带状线谐振器法通常将被测基片作为带状线谐振器的衬底材料。当谐振器谐振时，对谐振器进行测量可测得其复介电常数。该方法十分适合用于对微波集成电路基片复介电常数的测量

电子科技大学已建立了该系统。采用同轴线通过空气隙与带状线谐振器进行耦合的方法，成功抑制了当εr′增大时出现的杂模，使εr′的测试范围大大拓宽，且有满意的测试精确度谐振法测量带状线谐振器法带状线