前言:
在理論計算光子晶體的禁帶（band gap）時，我們假設平面波入射至無限 大的光子晶體上（滿足晶體週期要求），雖然無限大的光子晶體實際上是無法製 做，然而實驗上可將待測物與電磁波發射源之距離R滿足遠場條件（即樣品中心 與邊緣相位差＜λ/16，即R＞2D2/λ，式中D為待測物之最大尺寸，λ為入射波波
長），此入射條件即可視為近似平面波入射；且為避免有限樣品邊緣繞射效應的 影響，在發射與接收系統之間安置一片金屬板，其中心製成適當的孔洞以消除有 限樣品邊緣繞射效應。因此本實驗模擬在近似平面波入射條件下，量測有限樣品 1-D之光子晶體禁帶與入射頻率之關係。現將儀器架設與量測結果分述如下:
3-1 儀器設置及架設
量測系統之儀器架設相關方塊示意圖如圖 3.1 所示，所需儀器及其各項功 能分述如下：
a. 微波源（Synthesized Sweeper）：其主要功能為提供微波發射來源。
（HP83650A）
b. 微波頻率轉換器（Frequency Converter）：其主要功能為提供微波 參考信號及降至中頻（IF）以利信號分析。（HP8511A）
c. 微波接收控制儀（Microwave Receiver）：其主要功能為控制微波 發射與接收情形，並使之成為同步信號狀態，並提高系統的靈敏
度。（HP8530A）
d. 微波前置放大器（Microwave Preamplifier）：其主要功能為降低 雜訊，並放大 S/N 比，並提高系統的靈敏度。（HP8449B）
e. 耦合器（Coupler）：其主要目的為提供一參考信號（可調變的），
以利於 S/N 比之改善，並提高系統的靈敏度。（HP11629D）
f. 喇叭型天線（發射與接收）：ST 公司製作之 DRH-0118：提供一適當 之 Beam Width，而能涵蓋整個待測物時，其場型變化落差較小。本 系統之發射/接收天線之 Beam Width 約為±8 度（3dB），故本次待測 物均涵蓋在微波場型之 3dB 範圍內。
g. 測控電腦：其主要功能為可載入一自動測試軟體、分析軟體及傳輸 量測所獲得之數據等功能。
圖 3.１量測系統之儀器架設相關方塊示意圖
本套系統為自由空間量測系統，是以 HP8530 微波向量網路分析儀為量測中 心，可自由調整發射頻率，其掃頻範圍為 10MHz 至 50GHz。量測時其一段掃頻微 波信號，經由發射源輸入號角型天線輻射至待測空間，再由同型號之天線接收傳 輸信號進入分析儀，如比較於內部同步之參考信號，即可測得待測物之穿透率及 相位關係。為避免有限樣品邊緣繞射的影響，在發射與接收天線之間放置一塊金 屬板，尺寸為 160cm×160cm，在其中間位置開一缺口，此開口大小需考慮日後待 測樣品尺寸、發射/接收天線位置，以滿足平面波入射要求下，且能避免開口邊 緣繞射（經實驗證明對入射頻率為 2GHz-18GHz，此開口需大於 10cm×10cm）。
現 因 應 空 間 限 制 ， 發 射 / 接 收 天 線 距 金 屬 板 位 置 為 100cm ， 則 選 定 開 口 為 14cm×14cm，本系統架設示意圖如圖 3.2 所示，圖中在金屬板上覆蓋 5 吋角錐型 吸波材料，以降低金屬板多次反射效應。本量測系統的動態量測靈敏度，於 2 至 18GHz 可達-50dB。
圖 3.2 微波穿透率量測系統架設示意圖
3-2 量測方法：
本文微波穿透率量測主要依據是將測量反射回波的頻率數據，應用逆傅 立葉轉換（IFT）功能給出以時間或距離為變量的關係圖，由圖即可清楚分辨 出不同反射回波位置，再視當時實驗條件、背景強度及暗室實際空間判定時域 開閘（gate on）範圍。如此即可確保量測到有意義的反射回波信號，且可濾除 不必要的轉接頭或背景反射信號，進而提昇量測準確度。本文是應用 HP8530 微波向量網路分析儀之逆傅立葉轉換及其時域開閘功能，量測待測樣品之穿透 率。
本實驗將會進行兩次量測，第一次於系統安裝熱機後，將樣品置於金 屬板開口上方，直接量測穿透頻譜響應T1。第二次則是於同樣實驗條件，移去 樣品直接量測全穿透頻率信號T0，因此，量測結果為（T1/T0），其中T1表示樣品 穿透信號強度，T0表示全穿透信號強度。