介質參數量測技術的發展與研究

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姓名

邱奕世(Yih-Shyh Chiou ) 查詢紙本館藏

畢業系所

電機工程研究所

論文名稱

介質參數量測技術的發展與研究
(The Development of Dielectric Measurement Technique)

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摘要(中)

通訊，它是將一些有用的資料經由電、波或光的方式從此處傳送到另一個有距離的目的地，在通訊的傳遞上有許多不同的方式，所以我們通常無法注意到每一種形式。因而認知影響資料傳遞與接收的傳遞資訊品質、效率的通訊問題，進而研究、分析、設計不同的方法以適應廣大的應用是我們所關心、在意的主題。電波目前已經發展出許多成熟的運用，諸如：雷達、導航、傳播、通訊、遙測等。因電磁波是動態電能、磁能量間的互換或變化，並以波動的型式存在我們的週遭，故電磁波可視為空間、時間、介質等的函數，所以通訊通道的介質在電波傳遞中扮演著舉足輕重的角色，因它將影響電磁波傳輸品質、效率的優劣與否。
隨著地面行動通訊的頻率不斷提高，本研究的主旨即利用電磁波量測方式發展一套量測的技術和系統以求得影響電波通訊的因子 ─ 介質參數(包括介質的厚度及、的實、虛部值)。目的有二：其一為建立合適的量測設備環境及網路分析儀之校準技術，其二為建立待測物的介質常數反衍程序。至於反衍的方法通常由推導的反射波及入射波公式來決定，於此篇論文所採用的方法是利用基因演算法則來反衍介質參數。
與傳統的基因演算法則(GA)不同的是此篇論文所使用的是Real / Complex 的十進位的基因演算法則，十進位的Real / Complex基因運算比傳統的基因演算法則多了一些優勢：提供更清晰的陳述、更簡單的解決問題的方法、簡化了染色體的建立、使用線性交配所以沒有跨越的作用，除此之外也完全避免二進位編碼和解碼以簡化程式的設計。故可藉由本方法所得模式及量測數據提供使用者在不同環境之下建立各自所需的傳輸模型，以期達到所有使用者能利用有限的資源達到最大傳輸的目標，以改善資源的使用效率，才能滿足日益增加的資訊傳輸量，才能達成效率、可靠的資訊傳輸目的。

摘要(英)

A practical technique for measuring the complex dielectric constant, complex permeability and the thickness of materials is developed. To obtain these parameters, a rectangular-cross- sectioned device under test is placed in a rectangular waveguide, where the magnitude and phase of the reflection and transmission coefficients are measured over the desired frequency band. An accurate calibration technique is also established during the measurement using a vector network analyzer.
Besides, a better genetic algorithm is applied to retrieve desired parameters from the measured data, which directly represents complex number chromosomes and uses decimal linear crossover without crossover site, instead of using binary coding and binary crossover in conventional genetic algorithm. Such approach avoids coding and works directly with real/complex numbers. With the flexible genetic algorithm, therefore, the programming is simplified and the computation efficiency is enhanced.

關鍵字(中)

★ 介電常數
★ 向量網路分析儀
★ 基因演算法
★ 導磁係數
★ 待測物
★ 校準

關鍵字(英)

★ calibraiton
★ dielectric constant
★ DUT
★ GA
★ permeability
★ VNA

論文目次

壹、通訊系統簡介 ………………………………………01
一、通訊程序 ……………………………………………01
二、消息源 ………………………………………………01
三、通訊通道 ……………………………………………02
四、基頻及帶通訊號 ……………………………………02
五、信號與系統的表示 …………………………………02
六、機率考量 ……………………………………………03
七、調變過程 ……………………………………………03
八、主要的通訊資源 ……………………………………03
九、消息理論與編碼 ……………………………………03
十、類比通訊與數位通訊 ………………………………04
十一、網路 …………………………………………………04
貳、研究方法 ……………………………………………05
一、量測設備及其校準技術的建立 ……………………05
二、待測物介質常數反衍程序的建立 …………………06
參、Waveguide S參數的校準方法 …………………07
一、One port 的waveguide S參數校準 ………………07
二、Two ports 的Waveguide S參數校準 ……………09
三、Two ports 的簡單校準方法 ………………………16
四、以Waveguide 作 Sample Holder 之S參數校準 ……17
肆、反射係數的S參數與待測物介電常數的關係 ………22
一、平板薄片待測物的Model …………………………22
二、任意厚度平板待測物的模型 ………………………25
伍、反射、穿透係數的S參數與待測物介質參數的關係…28
一、求反射係數 …………………………………………31
二、求穿透係數 …………………………………………32
三、以Waveguide長度作Sample Holder的穿透係數 …33
陸、Nicolson Ross Weir 方法量測待測物的介質參數…36
柒、基因演算法、S參數反衍待測物的介質參數及厚度…40
一、基因演算法則之主要特性 …………………………40
二、基因演算法則之探討 ……………………………… 41.
三、適應函數的調整 ……………………………………42
四、求介電常數(二個變數)的基因演算法則 ……………43
五、求介質參數(四個變數)的基因演算法則 ……………45
六、求非磁性待測物的介電常數及厚度(三個變數)的
基因演算法則 ………………………………………46
捌、靈敏度分析 …………………………………………48
一、求介電常數(二個變數)的靈敏度分析 ………………48
二、求介質參數(四個變數)的靈敏度分析 ………………52
三、求非磁性物質的介電常數及厚度(三個變數)的
靈敏度分析 ……………………………………………57
四、 Teflon介質的反射、穿透係數量測結果之分析比較 59
玖、量測系統 ……………………………………………63
壹拾、量測結果 ……………………………………………66
一、 One port 的waveguide s 參數校準結果 ………66
二、 Two ports 的Waveguide S參數校準結果…………68
三、以反射的散射(S)參數量測之結果 …………………73
四、以反射及穿透的散射(S)參數量測之結果 …………74
五、求非磁性物質的介電常數及厚度的結果…………82
壹拾壹、討論 …………………………………………………71
討論一 ………………………………………………………84
討論二 ………………………………………………………86
壹拾貳、結論 …………………………………………………89
壹拾參、參考文獻 ……………………………………………92

參考文獻

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指導教授

丘增杰(Tsen-Chieh Chiu)

審核日期

2001-7-2

推文