微波频段粗糙金属表面等效电导率的数值计算及验证

王怡然,叶鸣,高凡,陈雄,贺永宁

(西安交通大学电子与信息工程学院,710049,西安)



微波频段粗糙金属表面等效电导率的数值计算及验证

王怡然,叶鸣,高凡,陈雄,贺永宁

(西安交通大学电子与信息工程学院,710049,西安)

为了评估表面粗糙度对微波频段金属表面等效电导率的影响,提出了一种基于梯度模型的粗糙金属表面等效电导率数值计算方法并进行实验验证。首先基于电导率梯度模型,将粗糙金属表面等效为电导率渐变的若干光滑薄层的叠加;其次基于电磁波在薄层内的损耗及薄层间界面的传输特性,对粗糙金属表面的总损耗进行数值计算并获取等效表面电导率;最后运用替换端板谐振腔法对不同粗糙度的黄铜样片在8.98、10.78 GHz进行表面电导率测试。实验结果表明:在0.1～3 μm的均方根粗糙度范围内,等效电导率随粗糙度增加而减小,且基于梯度模型的等效电导率计算方法所得理论预测值相比于已有理论更符合实测结果。

微波频段;均方根粗糙度;谐振腔

随着无线通信的快速发展,不论是腔体微波器件,还是高频电路板,金属表面粗糙度引起的微波损耗均是设计阶段应该考虑的重要因素。微波频段下,由于趋肤效应,电流在金属表面几微米的深度内流动。因此,表面微观粗糙度的增加势必导致电流路径变长,从而引起微波损耗增加。随着通信系统不断朝着高频发展,粗糙表面引起的衰减显著增加,粗糙表面电导率问题日益受到关注。……