[发明专利]一种电取向下液晶材料的毫米波介电性能测试装置及方法

权利要求书

1.一种电取向下液晶材料的毫米波介电性能测试装置，其特征在于，包括双面圆形贴片谐振器、微波电缆、供电装置、矢量网络分析仪以及计算机；

所述双面圆形贴片谐振器包括三个金属板、两个耦合探针、绝缘介质层、金属圆片和两个液晶盒；其中，第一金属板、第一液晶盒、金属圆片、第二液晶盒、第二金属板、绝缘介质层和第三金属板依次设置，第一金属板、第二金属板和第三金属板中心位置设置贯穿通孔，第一金属板和第三金属板沿通孔深度方向向外延伸，形成耦合孔，两个耦合探针分别设置在两个耦合孔内，耦合探针通过法兰盘与金属板固定连接；双面圆形贴片谐振器关于两个通孔所在直线呈轴对称；

液晶盒包括上下两片矩形石英片、若干个支撑柱和封装条；支撑柱等间距设置于上下两片石英片之间，形成若干个石英空间，每个石英空间内填充待测液晶材料和取向剂，矩形石英片之间设置一圈封装条，用于对待测液晶材料进行封装；

耦合探针通过微波电缆与矢量网络分析仪连接，矢量网络分析仪与计算机之间通过通信电缆连接；供电装置用于对第一金属板和第三金属板施加外加电压；外加电场和取向剂共同作用于待测液晶材料，使其发生偏转进而获得液晶材料分子的两个极限状态。

2.如权利要求1所述的毫米波介电性能测试装置，其特征在于，液晶分子两个极限状态分别为平行状态和垂直状态；平行状态时，外加静电场作用于液晶材料分子，使其发生偏转进而使液晶分子的长轴与电场平行；垂直状态时，供电装置不供电时，取向剂使得液晶分子的长轴与平行状态时的液晶分子的长轴相垂直。

3.如权利要求1所述的毫米波介电性能测试装置，其特征在于，金属板中心位置设置的通孔直径和耦合探针相匹配，以通过调整耦合探针在耦合孔中的深度进而调节耦合量，达到弱耦合状态。

4.如权利要求3所述的毫米波介电性能测试装置，其特征在于，弱耦合的耦合强度小于-40dB。

5.如权利要求1所述的毫米波介电性能测试装置，其特征在于，双面圆形贴片谐振器在测试前，需要利用夹具对其进行加压处理，去除双面圆形贴片谐振器中层与层之间残留的空气。

6.如权利要求1所述的毫米波介电性能测试装置，其特征在于，金属圆片使用未被氧化的紫铜金属薄片。

7.如权利要求1所述的毫米波介电性能测试装置，其特征在于，金属圆片直径、液晶盒的厚度和测试频率有关；测试频率越高，金属圆片的直径越小，液晶盒的厚度越薄。

8.一种基于权利要求1-7任一权利要求所述的介电性能测试装置的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：在液晶盒中装载待测液晶材料和取向剂，然后从上到下依次固定设置第一金属板、第一液晶盒、金属圆片、第二液晶盒、第二金属板、绝缘介质层和第三金属板，得到双面圆形贴片谐振器；其中，金属圆片中心应与金属板和液晶盒中心重合；

步骤2：利用夹具对双面圆形贴片谐振器进行加压处理，去除双面圆形贴片谐振器中层与层之间残留空气；

步骤3：将步骤2加压后的双面圆形贴片谐振器的第一金属板连接供电装置的正极，第三金属板连接供电装置的负极，然后连接耦合探针和矢量网络分析仪，得到介电性能测试装置；

步骤4：进行待测液晶材料平行方向的复介电常数测试，具体过程为：调节耦合探针深入耦合孔的深度，达到弱耦合状态，此时系统在谐振频点的品质因数最大，记录谐振频率；

步骤5：进行待测液晶材料垂直方向的复介电常数测试，具体过程为：供电装置不提施加外加电场，依靠液晶盒中取向剂的作用，使待测液晶分子为垂直方向，再调节耦合探针深入耦合孔的深度，达到弱耦合状态，此时系统在谐振频点的品质因数最大，记录谐振频率；

步骤6：根据模式匹配算法，基于步骤4和5得到的谐振参数反演得到液晶材料的复介电常数。