材料电磁参数的同轴线测量与计算开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

本题目将利用同轴线，完成对材料的电磁参数，即复介电常数和磁导率的测量和计算。

电磁参数是物质重要的物理特性，在生物医学、电子技术、食品加工、地质勘探等领域中有着重要的应用价值[1]。如在食品加工行业中，通过测量介电常数的大小，新鲜果蔬的品质、含水率、干燥和发酵过程中的一些指标等能够得以体现[2]；在探地雷达技术中，需要了解地下物质的电磁参数以进行雷达的设计、性能评估以及数据解释[3]；在超大规模集成电路工艺中，低介电常数材料的应用是研究的重要课题[4]；而在高频弱电领域中，高磁导率铁氧体是用途广泛的非金属磁性材料[5]。总而言之，电磁参数的测量已经广泛应用于民用、工业和国防等各个领域，并且有研究的意义和必要性。

介电参数的测量按照材料区分，可以分为固体、液体、气体以及颗粒物质的测量。其中，固体的介电常数的测量方法最多、应用最为广泛，液体和气体的测试方法相对较少。对于液体，可以采用波导反射法测量其介电常数[6]。对于气体，[7]中提出以测量气体共振频率为基础，不断改变压强并记录当前压强下的谐振频率，最后用作图或者一元线性回归法处理数据，得到电容变化率进而计算出相对介电常数。对于颗粒物质，[3]中提出利用一种定制的笼型同轴传输线来测量大体积颗粒材料的介电常数，以自来水、乙醇和玻璃微珠为实验材料，得到了很好的结果。按测量方法划分，目前测量介电常数的方法主要有集中电路法、传输线法、谐振法、自由空间波法、六端口测量技术等等。按照测试材料是高损耗还是低损耗，以及频率范围的不同，有着各自适用的方法。磁导率的测量则大多是针对磁性材料的，一般是利用对电感的测量来间接获得磁导率[8]。不同的磁性材料有着不同的测量方法。如针对奥氏体不锈钢的相对磁导率，主要有螺管法、磁天平法、磁平衡法等[9]，[10]中使用agilente4991a射频阻抗/材料分析仪测量软磁合金薄带的磁导率。

2. 研究的基本内容与方案

基本内容：

（1）了解电磁参数测量在民用、工业和国防等领域的广泛应用，认识到准确、快速、简便地测量材料的电磁参数的重要性。对电磁参数测量的基本方法进行学习。重点了解能够使用同轴线的测量方法。确定合适的测量方法，并设计出具体的实验测试方案。

（2）研究电磁参数和电信号测量结果的关系。根据这些关系，设计出有效的电磁参数计算方案。选定合适的编程的程序、软件。研究如何能有效地把电磁参数计算方案用程序语言描述出来，即由电磁参数计算方案编写出计算程序。

3. 研究计划与安排

第1-3周：查阅相关文献资料，明确研究内容，确定方案，完成开题工作；

第4-9周：研究测量原理，完成介质材料电特性的计算方法，形成模拟结果；

第10-13周：获取测试数据，修正介质材料电特性的计算方法，完成测量计算的评价；

4. 参考文献（12篇以上）

[1]张扬，徐尚志，赵文晖，等．介电常数常用测量方法综述[j]．电磁分析与应用，2013，2（3）：31-38．

[2]赵婷，周修理，李艳军，等．食品物料介电常数的研究与应用[j]．农机化研究，2012，5：233-234．

[3] elisabettamattei，sebastianemanuellauro，elenapettinelli，etc．coaxial-cage transmission line for electromagnetic parameters estimation．ieee transactons on instrumentation and measurement，2013，62（3）：2938-2941．