[发明专利]基于渐变型同轴谐振腔的材料复介电常数测试系统及方法

权利要求书

1.一种基于渐变型同轴谐振腔的材料复介电常数测试系统，其特征在于，包括：渐变型同轴谐振腔(1)，所述渐变型同轴谐振腔包括外导体、外导体内部同轴设置的内导体、外导体底部的下端盖(5)；所述外导体、内导体、上端盖、下端盖均为金属，所述内、外导体、下端盖构成一个渐变型同轴谐振腔，所述内、外导体中部分别具有一段斜率相同的直线渐变段；整个谐振腔上任意高度对应的外导体内壁直径和内导体直径的比值保持恒定，从而保持内外导体同轴线各处的特性阻抗始终相同；内导体顶端的高度低于外导体顶端的高度，内导体顶端高度和外导体顶端高度二者的差值至少大于1倍的外导体顶端的内壁直径尺寸；靠近下端盖的外导体上设有耦合装置，耦合装置与矢量网络分析仪(2)相连接；所述外导体靠下端部分侧壁外表面沿周向均匀设置向谐振腔中心垂直延伸的若干槽体(11)，所述槽体(11)的深度小于外导体的侧壁厚度，槽体的内部设有延伸至外导体内壁的宽度小于槽体的缝隙(14)；

所述外导体分为下端的粗外导体段(7)、中间的渐变外导体段(8)、上端的细外导体段(9)；所述内导体分为下端的粗内导体段(10)、中间的渐变内导体段(15)、上端的细内导体段(16)，粗外导体段(7)、渐变外导体段(8)、细外导体段(9)的内壁直径分别为b1、b2、b3，粗内导体段(10)、渐变内导体段(15)、细内导体段(16)的直径分别为a1、a2、a3，且(b1/a1)＝(b2/a2)＝(b3/a3)＝3.6；

外导体侧壁下端关于谐振腔中轴线对称设置两个通孔，通孔中用于插入耦合环，耦合环通过电缆与矢量网络分析仪相连接；

还包括一端封闭的料管，料管内部用于盛放粉末/液体电介质待测材料，料管的外径和外导体顶端的内径相同。

2.根据权利要求1所述的基于渐变型同轴谐振腔的材料复介电常数测试系统，其特征在于：所述料管采用聚四氟乙烯材料制成。

3.根据权利要求1所述的基于渐变型同轴谐振腔的材料复介电常数测试系统，其特征在于：料管的壁厚为1mm。

4.根据权利要求1至3任意一项所述的测试系统对固体材料的复介电常数进行测试的方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1：将渐变型同轴谐振腔通过耦合环与微波同轴电缆连接，再由电缆连接矢量网络分析仪；

步骤2：由矢量网络分析仪测量得到空腔的谐振频率f₀和品质因数Q₀；

步骤3：测量待测固体样品的直径为D_S、厚度为d_S，将样品放入样品区，然后测试加载样品后的谐振频率f_S和品质因数Q_S；

步骤4：根据谐振腔介质微扰理论，计算得到待测固体样品的复介电常数。

5.根据权利要求1至3任意一项所述的测试系统对粉末/液体电介质材料的复介电常数进行测试的方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1：将渐变型同轴谐振腔通过耦合环与微波同轴电缆连接，再由电缆连接矢量网络分析仪；

步骤2：将空样品夹具放入腔体开路端，由矢量网络分析仪测量得到带空样品夹具时的空腔谐振频率f₀和品质因数Q₀；

步骤3：将粉末/液体电介质材料放入样品夹具中，然后测试盛放样品后腔体的谐振频率f_S和品质因数Q_S；

步骤4：利用谐振腔介质微扰理论，计算得到待测的粉末/液体材料的复介电常数。