【摘要】：近場微波顯微技術(shù),即微波信號(hào)通過探針傳輸?shù)酱郎y樣品,使探針與待測樣品之間相互作用,得到的微波信號(hào)再通過探針返回給測試儀器。整個(gè)過程中,微波探針相當(dāng)于儀器與待測樣品間的一個(gè)寬帶匹配傳輸線。從上述描述可知,近場微波顯微技術(shù)的核心有兩點(diǎn):第一是探針與待測樣品間的相互作用;第二是微波探針在整個(gè)測量系統(tǒng)中的重要性,因此設(shè)計(jì)微波探針成為一項(xiàng)重要的工作。本文從準(zhǔn)靜態(tài)理論的研究出發(fā),介紹鏡像電荷法中的兩種具體方法:球面鏡像法和介質(zhì)平面鏡像法,為后面分析近場等效模型提供了理論基礎(chǔ)。在準(zhǔn)靜態(tài)理論的基礎(chǔ)上,使用鏡像電荷法來分析近場等效模型的電場分布,分為針尖-樣品軟接觸和針尖-樣品有間距兩種情況,最后通過MATLAB仿真可得出近場內(nèi)的電場衰減非常迅速的結(jié)論,且樣品中的電勢相比較于空氣中的電勢要小很多。針對(duì)電磁場的問題,通過理論推導(dǎo)結(jié)合仿真分析,可得出準(zhǔn)靜態(tài)理論適用于近場。分析近場同軸探針的理論基礎(chǔ),包括同軸探針的設(shè)計(jì)原則。研究整個(gè)測量系統(tǒng)的測量原理,介紹其測量方法,確定同軸線的50歐姆特性阻抗。對(duì)同軸探針進(jìn)行建模,分析探針與樣品相互作用的等效模型,確定針尖與樣品相互作用的等效電容,以及等效電容與反射系數(shù)之間的關(guān)系,從而將樣品的電學(xué)特性參數(shù)與反射系數(shù)之間建立聯(lián)系。改變同軸探針的參數(shù)變量,通過仿真分析反射系數(shù)的變化情況,以及對(duì)樣品介電常數(shù)的影響,得出結(jié)論:(1)底襯的厚度與法蘭盤的大小對(duì)測量結(jié)果影響很小;(2)當(dāng)樣品厚度小于2.5mm時(shí),樣品具有不穩(wěn)定性。對(duì)于有效介電常數(shù),對(duì)比其理論計(jì)算結(jié)果與仿真結(jié)果,得出結(jié)論:當(dāng)樣品厚度大于2.5mm時(shí),有效介電常數(shù)的理論計(jì)算結(jié)果與仿真結(jié)果基本吻合,最大誤差不超過6%。研究共面波導(dǎo)探針的設(shè)計(jì)理論,包括結(jié)構(gòu)、優(yōu)缺點(diǎn)、傳播模式等。設(shè)計(jì)新型共面波導(dǎo),確定其尺寸大小。對(duì)此探針進(jìn)行建模仿真,對(duì)比新型探針的電磁場線分布和傳統(tǒng)共面波導(dǎo)的場線分布,驗(yàn)證新型共面波導(dǎo)探針的正確性,通過分析回波損耗確定新型探針的可行性。在近場微波顯微術(shù)中,使用這個(gè)新型探針來測量微帶線,分析測量結(jié)果,包括回波損耗和近場內(nèi)的電磁場分布,在頻率為3GHz時(shí),測量微帶線的有效介電常數(shù),比較其測量結(jié)果與理論值,得出結(jié)論:在頻率為3GHz時(shí),微帶線有效介電常數(shù)的測量值與理論值基本吻合,故驗(yàn)證了新型探針的性能。
【圖文】：

第二章 基于準(zhǔn)靜態(tài)理論的近場分析21圖2.6 鏡像電荷法分析近場等效模型2.3.1 針尖與樣品軟接觸時(shí)的近場等效針尖與樣品軟接觸，即針尖與樣品的間距 g=0 時(shí)，選擇介電常數(shù)為 的均勻介質(zhì)材料，將探針的針尖等效為小的金屬微球，放于介電常數(shù)為0 的空氣中，等效模型如圖 2.7 所示：圖2.7 軟接觸時(shí)金屬微球與介質(zhì)平面的相互作用使用球心處的點(diǎn)電荷1q 代替整個(gè)金屬導(dǎo)體球，金屬微球與介質(zhì)平面相互作用形成感應(yīng)電荷，，使用像電荷'1q 來代替這個(gè)感應(yīng)電荷，則點(diǎn)電荷與像電荷的相互作用會(huì)形成一個(gè)新的感應(yīng)電荷''1q 。此處的 、 、 相當(dāng)于介質(zhì)平面鏡像法中的 q 、'q 、''q

的空氣中，等效模型如圖 2.7 所示：圖2.7 軟接觸時(shí)金屬微球與介質(zhì)平面的相互作用使用球心處的點(diǎn)電荷1q 代替整個(gè)金屬導(dǎo)體球，金屬微球與介質(zhì)平面相互作用形成感應(yīng)電荷，使用像電荷'1q 來代替這個(gè)感應(yīng)電荷，則點(diǎn)電荷與像電荷的相互作用會(huì)形成一個(gè)新的感應(yīng)電荷''1q 。此處的 、 、 相當(dāng)于介質(zhì)平面鏡像法中的 q 、'q 、''q ，則可以根據(jù)介質(zhì)平面鏡像法得到鏡像電荷的帶電量與位置1q q(2-37)010q' q (2-38)1 102q'' q (2-39)
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TN454

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本文編號(hào)：2708117