時域1人工電磁材料在微波無源器件中的應用.doc

電子科技大學標 準 實 驗 報 告（實驗）課程名稱 微波通信專業(yè)學位綜合實驗2 實驗名稱：人工電磁材料在微波無源器件中的應用（時域）姓 名： 黃秋瑩學 號： 201622040443組 別： 時域7組同組成員： 指導教師：楊宏春實驗時間：2016年9月實驗地點：科研樓707一 實驗目的1 了解人工電磁材料的設計方法及其應用現(xiàn)狀;2 掌握人工電磁材料基本單元結(jié)構(gòu)的設計方法，并將這些單元結(jié)構(gòu)應用到微波無源器件設計中；3 掌握微波器件主要參數(shù)的實驗測試方法，熟練使用測試儀器。二 實驗原理 人工電磁材料概述人工電磁材料通常是指自然界中不存在的，通過人工制造且具有天然材料所不具備的特殊電磁性質(zhì)的復合結(jié)構(gòu)或復合材料。廣義地，如果描述材料的一組主要參數(shù)中的一個或多個具有自然材料所不能達到的取值，且這些參數(shù)及其變化可以用來滿足人們的某種特殊電磁功能需求，那么，這些材料都可以成為人工電磁材料。例如，高介電常數(shù)(er102量級)，適當電導率(s104-1010)，電磁帶隙結(jié)構(gòu)(Electromagnetic Band Gap，EBG)，光子晶體(Photonic Band Gap，PBG)，負介電常數(shù)、正磁導率材料(Epsilon Negative Material，ENG)，正介電常數(shù)、負磁導率(Magnetic Negative Media，MNG)，左手材料(Double Negative Material，DNG)等等人工合成材料，都可以稱為人工電磁材料。人工電磁材料既可以是一種人工合成的確定材料(如高介電常數(shù)、適當電導率材料等類型)，這些材料往往介電常數(shù)和電導率為正值，也稱DPS(Double Positive Material)材料；也可以是在自然材料基礎上，通過加工某種功能結(jié)構(gòu)，使其電磁帶隙、介電常數(shù)、磁導率等參數(shù)達到人們的某個預期取值，進而實現(xiàn)一些自然材料不能實現(xiàn)的功能。盡管人工電磁材料可以表現(xiàn)出各種各樣的功能特征，但從物理實質(zhì)上看，總是因為材料中微觀載流子運動環(huán)境(如勢場、能帶結(jié)構(gòu)、散射與復合機制等)發(fā)生了變化，或使得電磁波傳輸函數(shù)發(fā)生改變，而這些變化可以宏觀地歸結(jié)為材料的一個或多個統(tǒng)計參數(shù)發(fā)生了改變。因此，研究人工電磁材料的應用，既可從分析載流子微觀運動規(guī)律的變化入手，也可從分析材料宏觀參數(shù)變化的影響因素的“唯象”研究方法著手。人工電磁材料在微波傳輸線1-2、微波器件3-8、天線、微波電路與系統(tǒng)中有重要應用，也是近些年來無線通信技術(shù)中的熱點研究課題之一。人工電磁材料在微波器件小型化、電磁儲能、微波吸收、電磁隔離或?qū)?、隱身、定向天線、表面波抑制、負折射、微納光學、光通(阻)帶等許多高新技術(shù)領域都有重要應用。二、實驗測試 實驗測試步驟(1) 實驗儀器校準與測試電路連接(a) 使用需防靜電的實驗儀器時，應穿戴好防靜電服和防靜電手套等，避免靜電對昂貴實驗儀器的損毀；(b) 按射頻信源/脈沖電源，寬帶信號分析儀說明書校準或歸零實驗儀器；(c) 根據(jù)實驗測試內(nèi)容，按圖1.8連接好實驗測試電路；(d) 檢查實驗儀器或測試電路的接地是否良好；(2) 信號源的頻譜測試(a) 按圖1.8a測試沖激信號頻譜時，應首先測試環(huán)境噪聲信號頻譜，并記錄噪聲信號頻譜數(shù)據(jù)；(b) 按圖1.8a測試饋電信號頻譜，并記錄饋電信號頻譜測試數(shù)據(jù)；(c) 按圖1.8a試輸出信號頻譜，并記錄輸出信號頻譜測試數(shù)據(jù)；(3) 微波器件S參數(shù)測試(a) 按圖1.8b測試微波器件S參數(shù)時，應首先測試環(huán)境噪聲信號波形參數(shù)，并做實驗記錄；(b) 按圖1.8b測試微波器件S參數(shù)并記錄波形參數(shù)的數(shù)據(jù)和圖片文件；3、 實驗結(jié)果 圖1 不同角度探針接收到的波形四、注意事項（1）一定按儀器使用說明書和電路連接與檢查步驟開展實驗測試；（2）高峰值功率脈沖衰減器具有確定的輸入、輸出端口，不能連接錯誤；（3）在不具備微波暗室實驗測試條件時，要盡可能避免環(huán)境和測試人員對實驗測試結(jié)果的影響；（4）當脈沖信號源峰值功率較大時，一定要在測試儀器之前加入衰減器。五、實驗總結(jié) 本次實驗測試了蝶形天線收發(fā)信號波形及頻譜，實驗結(jié)論表明，該蝶形天線時域特性優(yōu)良，可以滿足寬帶脈沖系統(tǒng)的需求。由于實驗條件所限，本次實驗是在室內(nèi)進行測試的，這必然會影響到實驗結(jié)果的準確性。因此如果需要得到更好