[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

说明书

本发明公开提供了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和方法，装置包括三块介质板，第一块介质板构建倒置微带线、偏压延伸线、耦合电容片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，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。本发明利用了倒置微带线的谐振特性，并通过电容耦合与对其进行馈电的共面波导间接相连。避免了倒置微带线和共面波导通过过孔直接相连导致的将偏压引入射频链路的问题，从而可以施加较大的偏压对液晶材料进行各向异性的调制，实现在较大的动态范围内对液晶材料介电常数及各向异性范围的精确量化。

技术领域

本发明涉及一种对向列型液晶的介电常数进行精确测量的方法，属于微波工程技术领域。

背景技术

向列型液晶因其具备的各向异性和在毫米波和太赫兹波段的低损耗特征，在毫米波和太赫兹频段的应用有很广泛的前景。对液晶材料的介电常数进行精准测量是对液晶器件进行设计与分析的关键，而目前现有的测量方法存在测量灵敏度低，测量精度低，测量装置结构复杂、成本高，测量效率低等问题。基于倒置微带线的谐振器结构因其频率响应具有高灵敏度的特点并具有简洁的结构，对工艺的要求低，容易制作和实施。本发明能够用较简单的工艺更精准地测量液晶材料介电常数，并利用基于耦合的方式进行馈电，测量更大的动态范围，弥补了其它测量方法的局限。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术的不足，本发明提供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和方法，能够实现在较大的动态范围内对液晶材料介电常数及各向异性范围的精确量化。

技术方案：

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，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；第二块介质板的中间设置矩形槽，形成空腔用于液晶的注入；第三块介质板作为地，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轴向进行调制。

进一步的，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。

进一步的，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。

进一步的，所述偏压延伸线的宽度发生渐变以抑制射频侧漏。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。

进一步的，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。

进一步的，倒置微带线需要具备足够的宽度，接近液晶腔宽度的1/6，但小于液晶腔宽度的1/2。

基于上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，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：根据测量的要求，如50欧姆端口，确定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，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；

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；