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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TE111

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tgδ250

2．当？1时，用螺旋线中的慢波来测量材料的8255

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？r276

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