微波、毫米波传感器与非电量检测PDF电子书下载

目录 1

第一章 物质的介电特性和介电参量 1

1.1 物质的组成关系 1

1.2 物质的高频特性 2

1.3 介质的极化 3

1．相对介电常数和边界条件 4

2．致密材料的极化 6

4．电子极化 7

3．固态和液态材料中εr与频率的典型关系 7

5．原子极化 8

6．气体中的取向极化 9

7．液体和固体中的取向极化、Debye关系式 10

8．离子电导率和Maxwell-Wagner效应 13

1.4 水 15

1．水分子 15

2．液态水 16

3．水汽 18

4．冰 18

5．结合水 19

1.5 混合介质公式和介电常数的结构相关性 22

1．结构无关性混合介质公式 22

2．结构相关性混合介质公式 22

1.6 生物组织的介电特性 30

1.7 复介电常数与复折射率的关系 34

1.8 多参数测量 35

1．介电常数的测量 35

2．独立测量数 36

3．辅助测量 36

4．微波多参数测量法 37

5．简化法 39

6．湿空气 41

7．湿木材 42

1.9 材料介电特性的特点 43

1.10 介电常数的实验室测量方法 43

1．集中电路法 43

2．谐振法 45

3．传输线法 47

4．自由空间波法 48

1．材料的不同状态 49

1.11 不同材料的测量方法 49

2．测量参量的控制 50

3．根据样品的？r范围选取测量方法 50

1.12 测量方法示例 50

1．短路同轴线的变频率法 50

2．样品置于同轴线终端 51

3．重入式同轴腔 52

4．螺旋线同轴腔 52

6．矩形腔TE10n模微扰法 53

5．匹配负载波导 53

7．同轴线传输法 54

8．自由空间传输法 54

9．封闭腔与准光开放腔的比较 54

第二章 微波谐振传感器及相关的检测电路 55

2.1 微波谐振传感器的电磁特性及其等效电路 55

1．微波谐振传感器的电磁特性 55

2．谐振传感器接入电路的方式及其等效电路 67

3．谐振传感器电路的频率响应 69

4．谐振传感器电路的性能 73

1．位于TM010模圆柱腔中的圆柱样品 74

2.2 集中参数裂环谐振器 74

2.3 圆柱腔中的TM010（E010）模 77

2．用圆柱腔中TM01p单模或多模同时作为材料加热和特性检测 80

2.4 圆柱腔中的TE01p（H01p）模 86

1．位于TE01p模圆柱腔中的圆柱样品 86

2．位于TE01p模圆柱腔中的圆盘样品 87

3．厚样品测量法 90

4．测量介质损耗的传输法 94

2.5 TE01p模螺旋谐振腔 97

1．超导谐振腔的Q0值 98

2.6 超导谐振腔 98

2．超导谐振腔谐振频率的温度漂移 100

3．用超导谐振腔研究介质和半导体的特性 102

2.7 矩形谐振腔 103

2.8 同轴谐振腔 106

2.9 全部填充被测材料的谐振腔 107

2.10 端接无限长样品法 108

2.11 单端开口谐振腔 111

2．圆柱腔中二重偏振正交简并模TE 111

2.12 单端开口分层介质谐振腔 113

2.13 开孔谐振腔 116

2.14 两端开口谐振腔 120

1．两端加分隔器的开口腔 120

2．加介质套管的两端开口腔 121

2.15 空间偏振正交简并模谐振腔（偏振简并双模腔） 124

1．方截面矩形腔二重偏振正交简并模在各向异性检测中的应用 125

的应用 132

2.16 圆球腔 136

1．各向同性介质分层填充圆球腔 137

2．旋（电、磁）性样品使简并本征频率的分裂 140

1．圆柱腔TE011和TM111简并模传感器 142

2.17 简并模或非简并模双模谐振腔 142

2．矩形开口谐振腔正交双模传感器（偏振正交非简并） 146

3．用于双通道测量的双模腔 148

2.18 谐振腔谐振脉冲数传感器 149

2.19 多模微扰金属管内形综合 154

2.20 带状谐振器 157

1．微带谐振器 158

2．带状线谐振器 158

3．双导体带状线谐振器 159

2.21 双导线谐振器 161

2.22 开槽线谐振器和共面波导谐振器 162

2.23 波导-介质谐振器 163

1．TM01δ模波导-介质谐振器 163

2．消逝模介质基片测试架 165

3．HE11δ模波导-介质谐振器（正交简并模） 166

2.24 介质柱谐振器（DPR）和介质管谐振器（DTR） 168

1．介质柱谐振器 168

2．介质管谐振器 172

1．介质谐振器传感器 173

2.25 介质谐振器和铁磁谐振器传感器 173

2．铁磁谐振器传感器（YIG-FMR） 175

2.26 谐振传感器谐振频率和Q值的测量 177

1．基本测量方法 178

2．谐振测量方法的分析 181

3、谐振测量法中的一些实际问题 187

2.27 谐振传感器无源（或被动式）谐振测量系统 187

1．单通道无源谐振测量系统 187

2．双通道无源谐振测量系统 192

1．利用谐振传感器对调频微波信号的传输和反射响应的谐振频率无源跟踪系统 194

2.28 谐振传感器的谐振频率无源跟踪系统 194

2．利用谐振传感器传输的相移特性的无源跟踪检测系统 197

2.29 谐振传感器有源（或主动式）检测系统 198

1．谐振传感器作为振荡器稳频腔的有源检测系统 198

2．传感器作为反馈振荡器选频反馈元件的有源检测系统 200

第三章 导波传输传感器及其检测电路 207

3.1 概论 207

3.2 金属波导管传输传感器及其检测电路 208

1．金属波导管反射式传输传感器 208

2．金属波导管传输式传输传感器 229

3．金属波导管传输式传感器用于半导体材料的电物理参数测量 236

3.3 慢波传输线传感器 250

1．当？＜1时，用螺旋线中的慢波来测量材料的ε？和tgδ 250

2．当？1时，用螺旋线中的慢波来测量材料的8 255

3.4 带状传输线传感器及其检测电路 264

1．微带反射式传感器及其检测电路 264

2．微带传输式传感器 267

3．耦合带状线正交TEM模传感器及其检测电路 271

1．无限长圆柱介质波导中的模式 272

3.5 介质波导传感器 272

2．混合模HEmn或EHmn的基本性质 274

3．用介质波导来测量材料的？r 276

4．样品横截面上复介电常数不均匀度的测量 281

5．旋（电、磁）性媒质的法拉第旋转的测量 281

6．半导体材料的螺旋波无损检测法 285

7．平板介质波导和矩形介质波导传感器及其检测电路 286

8．位于输送管道中的介质波导传感器 293

9．径向介质波导 293

10．介质波导电磁场的液晶显示和探伤 295

11．介质波导HE11模木板节疤探测器 297

3.6 表面电磁导波传感器 298

1．导电基片上介质膜的εr和厚度d的测量 299

2．表面电磁导波测湿传感器 303

3.7 传输传感器的测量电路和系统 304

1．传输传感器传输幅度特性的测量电路 304

2．传输传感器传输相位特性的测量电路 306

3．传输传感器传输幅度相位特性的测量 314

第四章 反射传感器-样品盒与探头 323

4.1 概论 323

4.2 集中电容样品盒 327

4.3 同轴线-截止圆波导样品盒 328

4.4 同轴线-圆波导样品盒 330

4.5 屏蔽开路同轴线样品盒 332

4.6 微同轴探针 333

4.7 开口波导微波探头概述 334

1．开口波导的电磁场分析 335

2．开口波导的模式 335

3．开口波导的等效电路 335

1．开口波导的内、外电磁场 336

4．带法兰和不带法兰的开口 336

4.8 开口波导的普遍理论 336

2．点匹配法 339

3．矩量法 339

4．变分法 339

5．特征模式法 340

6．多项式近似法 343

4.9 常用开口波导探头的分析 346

1．开口同轴探头 346

2．开口圆波导 347

3．TE10模开口矩形波导 351

4．用开口波导检测分层材料 352

5．有耗媒质中开口同轴线的等效电路 355

6．电容探头 356

4.10 开口谐振腔探头 358

4.11 消逝模探头和检测系统 361

4.12 利用裂纹微波非线性的探伤仪 363

4.13 铁磁谐振探头 364

4.14 测量复反射系数？的微波电桥系统 364

4.15 微波双通道反射计 366

4.16 有源探头 367

第五章 非电量的时域检测法 370

5.1 引言 370

5.2 时域波谱学 371

1．时域波谱学的理论基础 371

2．时域波谱的测量方法和系统 375

5.3 基带脉冲技术 394

1．电磁导波时域反射计 394

2．基带接收机 395

3．自由空间基带脉冲雷达 397

5.4 探地基带脉冲雷达 399

1．概述 399

2．有耗媒质中电磁波的传播特性 400

3．探地基带脉冲雷达系统 405

第六章 微波、毫米波光学和准光传感器以及自由空间波检测法 425

6.1 单色平面波在各种媒质中的传播特性 425

1．均匀各向同性电离气体-气态等离子体 425

2．固态等离子体 427

3．均匀各向异性媒质 428

4．旋（电、磁）性媒质 433

6.2 微波的聚焦，微波光学传感器 440

1．非聚焦微波波束辐射传感器 440

2．聚焦微波波束辐射传感器 445

6.3 毫米波、亚毫米波准光传感器和准光元件的特点和分类 453

1．毫米波、亚毫米波准光传感器和准光元件的特点 453

2．毫米波、亚毫米波准光传感器和准光元件的分类 453

6.4 高斯波束和波束波导 454

1．高斯波束 454

2．高斯波束的聚焦和变换 457

3．介质透镜波束波导 460

1．介质分界面、分层介质和金属介质层的反射 463

6.5 介质管波导和金属介质波导 463

2．圆柱介质管波导 465

3．矩形金属介质波导 466

6.6 准光元件 469

1．波束波导准光元件 469

2．介质管波导准光元件 475

6.7 准光开放谐振腔 479

1．传输（或反射）幅度响应法 480

1．平行平面镜开放谐振腔 480

2．准光开放谐振腔 481

6.8 准光开放腔（和超导腔）的Q值测量 489

2．传输（或反射）相位响应法 494

3．自由振荡衰减时间法（缩减法或瞬态法） 498

4．Q值微小变化的比较测量法 500

6.9 准光开放腔的检测电路与系统 501

1．用准光开放腔测量均匀、各向同性介质片材料 501

2．用准光开放腔测量各向异性薄膜的介电常数张量 504

3．谐振准光波束偏振仪 507

4．带有正交相位滤波样品盒的准光腔 513

5．气体转动波谱仪 515

6．准光腔毫米波磁共振谱仪 519

7．用准光腔测量铁氧体材料的物理参数 526

8．准光腔用于对介电、半导体和导电样品的检测 528

9．准光腔用于超导材料和薄膜的测量 529

10．准光腔在气体等离子体诊断方面的应用 529

11．用近共焦腔测量小距离和金属板厚度 540

12．用准光腔测超细导线直径 542

1．介质材料空间波测量法的理论基础 544

6.10 介质材料的空间波测量法 544

2．介质板或介质层厚度的测量 550

3．介质料材中含水量的检测和湿度计 551

6.11 等离子体的空间波检测法、微波波导干涉计 552

1．相位调制微波干涉计 553

2．极坐标显示微波干涉计 553

6.12 准光波束波导毫米波、亚毫米波波谱仪及其它检测系统 553

1．材料参数与可测得的电磁波参数间的关系 554

2．波束波导波谱仪的特点 556

3．波谱仪基本测量方法的分析 559

4．准光波束波导波谱仪的各种测量电路 562

5．半导体中自由载流子浓度和迁移率的准光波束波导测量系统 567

6．测量幅度、相位和偏振态的介质管波导干涉计 570

6.13 空间偏振波检测法 571

1．用空间偏振波检测介质材料的各向异性 571

2．压电陶瓷非均匀极化的偏振波检测法 578

3．各向异性媒质中应力和形变的空间偏振波检测法 580

4．介质材料中局部缺陷的空间偏振波检测法 588

1．介质材料和构件中缺陷的物理特性及其探测法 592

6.14 介质材料和构件的微波，毫米波无损探伤 592

2．介质材料和构件的反射式探伤法 594

3．透射式多参量探伤 595

4．微波内窥和成象 597

6.15 金属表面开口裂纹的毫米波无损探伤 598

1．金属表面裂纹的电磁散射 599

2．金属表面开口裂纹的毫米波无损探伤仪 605

6.16 金属板厚度测量和目标的小位移测量 606

1．空间波法金属板测厚系统 606

6.17 调频连续波检测法 607

1．用调频电磁波探测地层剖面 607

2．小位移的空间波测量法 607

2．调频连续波物位仪和高度表 609

6.18 微波多普勒传感器 610

1．单个孤立运动目标的测量 610

2．微波多普勒传感器流量计 611

3．流体中微粒的多普勒散射检测仪 611

6.19 调制散射体检测技术 612

6.20 物体热辐射探测-无源传感器 612

1．微波辐射计理论基础 612

2．测量表层下辐射的辐射计 616

3．辐射计传感器的应用 618

6.21 微波有源成象 621

1．全息 621

2．微波层析 626

附录 626

1．矩形和圆柱形金属波导中的电磁模式 626

2．金属谐振腔 629

3．谐振腔反射响应的信号流图解法 630

1．椭偏参数和椭偏方程 632

7.1 毫米波、亚毫米波椭圆偏振检测法的物理基础 632

（毫米波、亚毫米波椭圆偏振 632

检测法） 632

第七章 椭圆偏振波的传感与检测 632

2．毫米波、亚毫米波段椭偏法的特点 633

3．毫米波、亚毫米波段椭圆偏振仪的主要元件 634

7.2 反射椭偏法 635

1．样品的电磁模型 635

2．金属基片-介质薄膜系统的计算关系式 635

3．介质基片-金属薄膜系统的计算关系式 645

4．Drude近似 649

5．基片和薄膜性能对反射波偏振特性的影响 651

6．介质基片-介质薄膜系统的计算关系式 657

7.3 椭偏参数的测量方法 658

1．实验装置 658

2．测量方法 660

3．检测金属薄膜的椭偏仪 661

7.4 透射式椭偏法 662

7.5 透射干涉椭偏法 664

7.6 p和s分量反射系数相对相位的测量法 666

参考文献 668