论文摘要：自由空间法测量复合材料电磁参数的研究

自由空间法测量物质的电磁参数，以其非接触非破坏性，对测试样品要求低，以及测试灵活方便等优势，愈发受到广大科研人员的青睐，发展非常迅速。特别是将自由空间法应用于复合材料电磁参数的测量，从而指导吸波材料的设计与制备，减少实验环节的工作量，是当今复合材料隐身技术发展的重要方向之一。 本文首先介绍了基于本构矩阵的媒质分类，针对右旋转媒质、手征媒质和双轴媒质的电磁参数的测量理论进行了详细地分析，并用空间波法与传输线法推导出测量模型的具体关系式。在此基础上，重点研究了这些关系式中出现的多值问题对材料电磁参数测量的影响，并给出了双样品法、多角度法、时域法、多频率法和Brewster角法共五种行之有效的解决方案。分析表明，时域法的应用范围广，而多频率法简单便捷。为消除散射参数的相位对电磁参数结果的影响，文中还研究了多角度标量法测量右旋媒质电磁参数的数值算法，采用共轭梯度法与基于DFP和BFGS的最速下降法得到了比较精确的电磁参数，并用模式搜索法解决了双轴媒质电磁参数的求解问题。通过与实际值的比较，其相对误差要小于矢量法测量结果的不确定度。为验证理论分析结果，设计制备了二十余种复合材料，并用自由空间法系统测试这些材料的电磁参数。通过与波导法测试的电磁参数对比，两种方法测试得到的电磁参数基本一致，验证了自由空间测量法的准确性。另外，对实验结果不确定度的分析表明，相对介电常数实与虚部的不确定度分别小于8%和20%，相对磁导率实部与虚部的不确定度分别小于5%和20%。说明自由空间法测量复合材料电磁参数具有比较高的精确度，可以满足复合材料电磁参数的测试要求。此外，文中分别针对各待测量的不确定度对材料的电磁参数结果的影响，进行了系统评价与分析。 研究结果对于解决自由空间法测量电磁参数中实际问题，指导吸波复合材料的设计与制备具有比较重要的参考价值。