[发明专利]通过耦合馈电倒置微带线测量液晶材料介电常数的装置和方法

权利要求书

1.一种通过耦合馈电倒置微带线测量液晶材料介电常数的装置，其特征在于，包括三块介质板，第一块介质板构建倒置微带线和用于馈电的共面波导；第二块介质板设置矩形空腔用于装载注入的待测液晶材料；第三块介质板作为地，通过在倒置微带线和地之间施加偏压，对处于空腔中的液晶分子的长轴向进行调制；长轴转向引起的器件谐振频率的变化通过表达式用来对液晶材料的介电常数进行预估。

2.根据权利要求1所述的一种通过耦合馈电倒置微带线测量液晶材料介电常数的装置，其特征在于，所述第一块介质板设置耦合电容片，用于间接连接倒置微带线和共面波导。

3.根据权利要求1所述的一种通过耦合馈电倒置微带线测量液晶材料介电常数的装置，其特征在于，所述第一块介质板设置偏压延伸线，用于调节液晶材料分子偏转方向的偏压通过所述偏压延伸线直接连接到倒置微带线的中间位置。

4.根据权利要求3所述的一种通过耦合馈电倒置微带线测量液晶材料介电常数的装置，其特征在于，所述偏压延伸线的宽度发生渐变以抑制射频侧漏，其宽度沿着45度方向向外扩展，直至线宽比原来靠近倒置微带线端一侧变宽2倍。

5.根据权利要求2所述的一种通过耦合馈电倒置微带线测量液晶材料介电常数的装置，其特征在于，在共面波导与倒置微带线之间的耦合电容通过改变耦合电容片的大小进行调节，从而对不同频率段的材料特性进行测量。

6.基于权利要求1所述装置的一种通过耦合馈电倒置微带线测量液晶材料介电常数的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：根据需要测量的频率点，确定倒置微带线的初始长度；

步骤2：设计基于所选的介质基板的共面波导的结构尺寸；

步骤3：设置耦合电容片的初始大小；

步骤4：优化耦合电容片的尺寸大小，并对倒置微带线的长度和宽带进行微调；

步骤5：根据上述设计制造和组装整个装置，并验证装置在空腔条件下的谐振频率；

步骤6：在空腔中注入液晶；

步骤7：分别测试在外置偏压为0V和V_max时装置的反射系数，获得两种谐振频率，V_maxV_th,V_th为液晶材料分子发生偏转的临界电压，V_max为液晶材料分子发生偏转的饱和电压；

步骤8：利用谐振频率和介电常数的关系获得所测液晶材料的介电常数值。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，利用了倒置微带线的谐振特征，步骤1中所述倒置微带线的长度初始值通过如下的表达式获得：

其中c为光速，L为倒置微带线的长度，ΔL为考虑了边缘效应的长度微调值，ε_re为等效介电常数，w为倒置微带线的宽度，b为液晶层的厚度，C_i是常数系数，ε_r为第一块板的相对介电常数。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，通过共面波导和耦合的方式实现对倒置微带线的馈电，步骤2中所述共面波导的结构尺寸通过如下的表达式获得：

其中，wt为共面波导中间导线线宽，wg为共面波导两边地线线宽，g为共面波导中间导线至地线间距，ε_r为基板材料的相对介电常数，k、k＇、ε_re为中间变量，Z为波导传输线特征阻抗。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤3中电容片的初始大小为：

rc＝0.6w (11)

其中rc为电容片的半径，w为倒置微带线的宽度。

10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤4通过全波仿真方法对倒置微带线的长度和宽带进行微调，微调的标准为实现整个结构的谐振频率工作在需要测量的频点。