[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

说明书

本发明提供了一种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，测试系统包括渐变型同轴谐振腔、耦合装置，测试方法的步骤包括：1)测试并记录未加载样品时对应空腔工作模式的谐振频率f₀和品质因数Q₀；2)测量待测样品的直径为D_S、厚度为d_S，将其置于样品区，测试并记录加载样品后对应腔体工作模式的谐振频率f_S和品质因数Q_S；3)利用谐振腔微扰理论，可计算出待测材料的复介电常数；本发明实现了微波介质材料在常温下的复介电常数高精度测试，不仅能够缩小低频测试所需的腔体尺寸与样品的尺寸，并且可利用底部密封的料管夹具完成液体及粉末材料的复介电常数测试。

技术领域

本发明属于微波材料介电性能测试技术领域，具体涉及一种基于渐变型同轴谐振腔的电介质材料复介电常数测试系统及方法。

背景技术

随着高速信号处理、通信等技术的快速发展，在军事装备、航空航天、雷达隐身、微波集成电路等众多领域中，高性能的微波材料作为电磁波的传输媒质，其应用也越来越广泛。在对微波材料介电性能的评估中，复介电常数作为一个极为重要的电性能参数，对其的准确测量是必不可少。通常复介电常数采用ε＝ε₀(ε'-jε”)＝ε₀ε'(1-jtanδ)来表示，它们是描述电场与材料之间相互作用最基本的两个特征参数。对微波材料电参数测试经过几十年的发展，已经形成了一套较为完整的学科体系。目前。在微波、毫米波频段，电介质材料的测试方法很多，但按原理主要划分为网络参数法和谐振腔法。网络参数法多针对高损耗材料测试，当微波电介质为中低损耗材料时，通常采用的方法为谐振腔法，测试夹具可采用各式各样的谐振腔体，如带状线谐振器、圆柱形谐振腔、矩形谐振腔、准光学谐振腔、介质谐振器等，其中低频段利用谐振法进行测试时主要采用圆柱形谐振腔或矩形谐振腔，但此时腔体尺寸将会很大，十分笨重，而且样品尺寸也难以做小。而同轴谐振腔相对其他谐振腔来说，主要优势就在于当将其应用到低频时，由于同轴传输线主模为TEM模式，无最低截止频率，故其横向尺寸可相对小很多。日本的Ryotaro Inoue和Yasuhiko Odat等人提出了一种利用同轴开放式谐振腔测试电介质材料的复介电常数的方法，但是该方法对测试人员操作要求较高，样品置于夹具上方所处的随机状态对结果影响较大。Bogdan A.Galwas等人通过直接延伸同轴线外导体长度达到终端开路的效果，从而构成λ/4同轴谐振腔进行测试，该方法要求横向尺寸较大，测试频带较窄，且样品上方需要加一块已知介电常数的材料，误差项随之增多，难以扣除。

发明内容

鉴于以上所述现有技术存在的缺陷，本发明目的在于提供一种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。

为实现上述发明目的及其他相关目的，本发明提供一种基于渐变型同轴谐振腔的材料复介电常数测试系统，包括：

渐变型同轴谐振腔，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；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，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，所述槽体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。槽体和缝隙结构能很好的抑制高次模，拓展工作频率带宽，有效减小高次模对主模的影响，提高测试精度。