利用状态空间方法从波导测量数据中确定薄型低损耗介质样品的复介电常数

《Scientific Reports》：Determination of complex permittivity of a thin low-loss dielectric sample using state-space approach from waveguide measurements

　　

摘要

本文提出了一种提取方法，用于通过波导非共振微波测量来确定放置在支撑基底材料上的薄低损耗样品的相对复杂介电常数（$\varepsilon_{rs}$）。该方法不受基底厚度和样品厚度的影响，因此与现有的仅依赖基底厚度信息或仅依赖样品厚度信息的测量方法相比具有独特性。其理论模型基于状态转移矩阵和状态向量构建，通过这些矩阵和向量建立了$\varepsilon_{rs}$与测量得到的散射（S-）参数之间的联系。与文献中的先前研究相比，本文为双层（样品位于基底材料上）复合结构推导出了$\varepsilon_{rs}$的封闭形式（显式）表达式，从而无需进行任何数值分析或使用特殊工具。为了验证所提出的方法并评估噪声以及样品与基底之间可能存在的空气间隙的影响，我们对较薄的聚氯乙烯（PVC，厚度约为1.00毫米）以及薄氧化锌膜（厚度约为1.0微米）进行了X波段（8.2-12.4 GHz）波导测量，以评估该方法与其他类似方法的性能。我们的方法可用于薄膜、雷达吸波材料涂层、防腐涂料或热障涂层的$\varepsilon_{rs}$特性分析，尤其是在同一批次中不同样品的样品厚度（和基底厚度）可能有所差异的情况下。