[发明专利]一种微波闭式谐振腔复介电常数测量装置

说明书

技术领域

本发明属于微波测试技术领域，具体涉及一种闭式谐振腔测量装置，用于实现微波介质材料复介电常数的准确测量。

背景技术

微波介质材料在航空航天、军事装备、电子通信等领域中的应用非常广泛，而介电常数是介质材料最重要的电学参数，实现介电常数的准确测量，对于各种新型介质材料的研制与实际应用具有非常重要的意义。介电常数测量方法主要分为两大类，第一类是传输线法，第二类是谐振腔法，而谐振腔法又可分为介质谐振器法、高Q腔法、微扰腔法、准光腔法等，其主要原理是将被测介质材料放入特定的测试腔体或夹具中，然后输入一定频率范围的电磁波，在某些特定的频率点上，电磁波将在测量腔体和被测介质材料中产生电磁谐振现象，通过测量其谐振频率与相应的品质因素Q值，计算得到介质材料的复介电常数值。

现有的谐振腔法存在一些缺点，例如国标GB7265.2-87中规定的介质谐振器法采用的是一种开放式谐振腔，需要依靠介质材料将电磁场进行束缚，因此主要用于测试介电常数值较高的材料， 当被测材料的介电常数值较低时，对电磁场束缚作用太小，无法完成测试。国标GB/T5597-1999中规定的高Q腔法虽然采用的是封闭式谐振腔，但是样品与谐振腔内表面直接接触，带来较大的金属表面电流损耗，影响了介电常数虚部测量。微扰法需要将被测样品材料制作成细杆壮，样品尺寸小加之采用了近似计算，造成测量准确度不高。准光腔法主要应用于频率较高的毫米波段，难以在微波频率段进行测量。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供了一种微波闭式谐振腔复介电常数测量装置。

本发明的微波闭式谐振腔复介电常数测量装置，含有闭式谐振腔、被测介质材料、支撑柱、耦合探针、测试电缆、矢量网络分析仪以及底座、耦合探针夹持件；其特征在于被测介质材料放置于闭式谐振腔内部的支撑柱上，耦合探针通过耦合孔伸入闭式谐振腔内，经测试电缆连接于矢量网络分析仪，闭式谐振腔固定放置于底座中部位置，耦合探针夹持件放置于底座上并分列于闭式谐振腔两侧，耦合探针固定于耦合探针夹持件上。

所述的闭式谐振腔，由一个圆筒和上下两个圆盘状盖板组成。

所述的闭式谐振腔的腔体采用金属材料制作，并对金属材料表面进行镀银或者镀金处理。

所述的闭式谐振腔中的圆筒的中间位置或盖板上开有两个耦合孔，供耦合探针伸入闭式谐振腔内部进行电磁场耦合；所述的耦合孔为圆形通孔，直径略大于耦合探针直径。

所述的被测介质材料为圆柱状，放置于闭式谐振腔的支撑住上，被测介质材料位于闭式谐振腔的中部位置，被测介质材料半径与高度的尺寸为闭式谐振腔半径与高度的1/6至2/3。

所述的支撑柱，为聚四氟乙烯、石英材料；支撑柱的半径小于被测介质材料半径的1/5，其高度能够使被测介质材料达到闭式谐振腔的中间位置。

耦合探针通过闭式谐振腔上的开孔伸入谐振腔内部，调节深入长度，其结构一端为SMA、N型或APC7同轴电缆标准接头，另一端为环状耦合结构。

所述的耦合探针的结构为硬同轴线的内导体伸出后弯曲成环状，然后与外导体连接形成一个闭合环路，环面与腔体的上下底面平行。

所述的底座将闭式谐振腔和耦合探针夹持件固定于其上面；所述的耦合探针夹持件用于调节耦合探针的位置以及深入闭式谐振腔的深度。

本发明的微波闭式谐振腔复介电常数测量装置，通过封闭的金属腔体将电磁波束缚在腔体内，完全消除了辐射损耗的影响，通过减小腔体内部表面电流，使测量装置的无载品质因素增大，极大的提高了测量低损耗介质材料的能力，提供了一种精确求解电磁场分布的算法，具有介电常数测量范围广，测量结果准确度高的优点。

本发明能够同时实现介电常数和损耗角正切的测量，克服了开式腔辐射损耗大，金属表面电流损耗大的缺点，对于低损耗以及超低损耗介质材料的损耗角正切测量更加准确，而且量程更宽。通过采用不同尺寸的腔体进行测量，能够对实现不同频率下介质材料的测试，在一定范围内实现测试频率的调节。

附图说明

图1是本发明的微波闭式谐振腔复介电常数测量装置的结构示意图之一；

图2是本发明的微波闭式谐振腔复介电常数测量装置的结构示意图之二；

图3是本发明中的闭式谐振腔的结构示意图；

图4是本发明的耦合探针结构示意图；

图5是本发明的S参数测量曲线示意图；