一種微波閉式諧振腔復(fù)介電常數(shù)測量裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于微波測試技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種閉式諧振腔測量裝置，用于實(shí)現(xiàn)微 波介質(zhì)材料復(fù)介電常數(shù)的準(zhǔn)確測量。
【背景技術(shù)】
[0002] 微波介質(zhì)材料在航空航天、軍事裝備、電子通信等領(lǐng)域中的應(yīng)用非常廣泛，而介電 常數(shù)是介質(zhì)材料最重要的電學(xué)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)介電常數(shù)的準(zhǔn)確測量，對(duì)于各種新型介質(zhì)材料的 研制與實(shí)際應(yīng)用具有非常重要的意義。介電常數(shù)測量方法主要分為兩大類，第一類是傳輸 線法，第二類是諧振腔法，而諧振腔法又可分為介質(zhì)諧振器法、高Q腔法、微擾腔法、準(zhǔn)光腔 法等，其主要原理是將被測介質(zhì)材料放入特定的測試腔體或夾具中，然后輸入一定頻率范 圍的電磁波，在某些特定的頻率點(diǎn)上，電磁波將在測量腔體和被測介質(zhì)材料中產(chǎn)生電磁諧 振現(xiàn)象，通過測量其諧振頻率與相應(yīng)的品質(zhì)因素Q值，計(jì)算得到介質(zhì)材料的復(fù)介電常數(shù)值。
[0003] 現(xiàn)有的諧振腔法存在一些缺點(diǎn)，例如國標(biāo)GB7265. 2-87中規(guī)定的介質(zhì)諧振器法采 用的是一種開放式諧振腔，需要依靠介質(zhì)材料將電磁場進(jìn)行束縛，因此主要用于測試介電 常數(shù)值較高的材料，當(dāng)被測材料的介電常數(shù)值較低時(shí)，對(duì)電磁場束縛作用太小，無法完成 測試。國標(biāo)GB/T5597-1999中規(guī)定的高Q腔法雖然采用的是封閉式諧振腔，但是樣品與諧 振腔內(nèi)表面直接接觸，帶來較大的金屬表面電流損耗，影響了介電常數(shù)虛部測量。微擾法需 要將被測樣品材料制作成細(xì)桿壯，樣品尺寸小加之采用了近似計(jì)算，造成測量準(zhǔn)確度不高。 準(zhǔn)光腔法主要應(yīng)用于頻率較高的毫米波段，難W在微波頻率段進(jìn)行測量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供了一種微波閉式諧振腔復(fù)介電常數(shù)測量裝置。
[0005] 本發(fā)明的微波閉式諧振腔復(fù)介電常數(shù)測量裝置，含有閉式諧振腔、被測介質(zhì)材料、 支撐柱、禪合探針、測試電纜、矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀W及底座、禪合探針夾持件；其特征在于被測 介質(zhì)材料放置于閉式諧振腔內(nèi)部的支撐柱上，禪合探針通過禪合孔伸入閉式諧振腔內(nèi)，經(jīng) 測試電纜連接于矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，閉式諧振腔固定放置于底座中部位置，禪合探針夾持件 放置于底座上并分列于閉式諧振腔兩側(cè)，禪合探針固定于禪合探針夾持件上。
[0006] 所述的閉式諧振腔，由一個(gè)圓筒和上下兩個(gè)圓盤狀蓋板組成。
[0007] 所述的閉式諧振腔的腔體采用金屬材料制作，并對(duì)金屬材料表面進(jìn)行鍛銀或者鍛 金處理。
[0008] 所述的閉式諧振腔中的圓筒的中間位置或蓋板上開有兩個(gè)禪合孔，供禪合探針伸 入閉式諧振腔內(nèi)部進(jìn)行電磁場禪合；所述的禪合孔為圓形通孔，直徑略大于禪合探針直徑。
[0009] 所述的被測介質(zhì)材料為圓柱狀，放置于閉式諧振腔的支撐住上，被測介質(zhì)材料位 于閉式諧振腔的中部位置，被測介質(zhì)材料半徑與高度的尺寸為閉式諧振腔半徑與高度的 1/6 至 2/3。
[0010] 所述的支撐柱，為聚四氣己締、石英材料；支撐柱的半徑小于被測介質(zhì)材料半徑的 1/5,其高度能夠使被測介質(zhì)材料達(dá)到閉式諧振腔的中間位置。
[0011] 禪合探針通過閉式諧振腔上的開孔伸入諧振腔內(nèi)部，調(diào)節(jié)深入長度，其結(jié)構(gòu)一端 為SMA、N型或AP口同軸電纜標(biāo)準(zhǔn)接頭，另一端為環(huán)狀禪合結(jié)構(gòu)。
[0012] 所述的禪合探針的結(jié)構(gòu)為硬同軸線的內(nèi)導(dǎo)體伸出后彎曲成環(huán)狀，然后與外導(dǎo)體連 接形成一個(gè)閉合環(huán)路，環(huán)面與腔體的上下底面平行。
[0013] 所述的底座將閉式諧振腔和禪合探針夾持件固定于其上面；所述的禪合探針夾持 件用于調(diào)節(jié)禪合探針的位置W及深入閉式諧振腔的深度。
[0014] 本發(fā)明的微波閉式諧振腔復(fù)介電常數(shù)測量裝置，通過封閉的金屬腔體將電磁波束 縛在腔體內(nèi)，完全消除了福射損耗的影響，通過減小腔體內(nèi)部表面電流，使測量裝置的無載 品質(zhì)因素增大，極大的提高了測量低損耗介質(zhì)材料的能力，提供了一種精確求解電磁場分 布的算法，具有介電常數(shù)測量范圍廣，測量結(jié)果準(zhǔn)確度高的優(yōu)點(diǎn)。
[0015] 本發(fā)明能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)介電常數(shù)和損耗角正切的測量，克服了開式腔福射損耗大， 金屬表面電流損耗大的缺點(diǎn)，對(duì)于低損耗W及超低損耗介質(zhì)材料的損耗角正切測量更加準(zhǔn) 確，而且量程更寬。通過采用不同尺寸的腔體進(jìn)行測量，能夠?qū)?shí)現(xiàn)不同頻率下介質(zhì)材料的 測試，在一定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)測試頻率的調(diào)節(jié)。
【附圖說明】
[0016] 圖1是本發(fā)明的微波閉式諧振腔復(fù)介電常數(shù)測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖之一； 圖2是本發(fā)明的微波閉式諧振腔復(fù)介電常數(shù)測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖之二； 圖3是本發(fā)明中的閉式諧振腔的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4是本發(fā)明的禪合探針結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5是本發(fā)明的S參數(shù)測量曲線示意圖； 圖中；1.微波閉式諧振腔2.被測介質(zhì)材料3.支撐柱4.禪合探針5.測試電纜6.矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀7.禪合環(huán)8.底座9.禪合探針夾持件10.接頭11.禪合探針 外導(dǎo)體12.禪合探針內(nèi)導(dǎo)體D.閉式諧振腔內(nèi)半徑H.閉式諧振腔高度d.介質(zhì)樣品 半徑h.介質(zhì)樣品高度。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 本發(fā)明的微波閉式諧振腔復(fù)介電常數(shù)測量裝置將被測介質(zhì)材料放置于閉式諧振 腔內(nèi)，并用支撐柱放置于腔體的中屯、位置，利用兩根禪合探針對(duì)腔體內(nèi)部的電磁場進(jìn)行禪 合，外接具有掃頻測量功能的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測量閉式諧振腔的微波散射參數(shù)，根據(jù)測量 得到的諧振頻率與相應(yīng)品質(zhì)因素Q值，通過模式匹配法計(jì)算得到腔體內(nèi)電磁場分布、相應(yīng) 電磁場模式、金屬壁電流損耗值，最后得到介質(zhì)材料復(fù)介電常數(shù)的準(zhǔn)確解。測試系統(tǒng)如圖1 所示，主要由閉式諧振腔、被測材料、支撐柱、禪合探針、微波測試電纜、矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀W 及附屬固定裝置組成。
[0018] 閉式諧振腔由一個(gè)圓筒和上下兩個(gè)圓盤狀蓋板組成，結(jié)合后形成一個(gè)封閉的圓柱 體空腔，圓柱形體空腔的半徑與高度的比例為0.8至1.2之間為最優(yōu)，其他比例也不會(huì)影響 測量功能，但是會(huì)對(duì)諧振頻率模式分布有一定影響，其尺寸大小根據(jù)需要測量的頻率進(jìn)行 選取，空腔諧振頻率根據(jù)公式
計(jì)算得到，其中C為光速，D為諧振腔內(nèi)徑，H為諧振腔高度，加入被測材料之后，其諧 振頻率會(huì)降低，與被測材料的尺寸和介電常數(shù)相關(guān)，圓筒的中間位置開兩個(gè)小孔供禪合探 針伸入腔體內(nèi)部進(jìn)行電磁場禪合，也可根據(jù)腔內(nèi)電磁場分布在蓋板等其他位置開孔，如圖2 所示。閉式諧振腔采用具有優(yōu)良導(dǎo)電性能的銅、侶等金屬材料制作，將內(nèi)表面進(jìn)行拋光處 理，并可在諧振腔內(nèi)表面鍛銀、金等進(jìn)一步提高導(dǎo)電性能。
[0019] 禪合探針(也可稱為禪合線、禪合天線）的作用是禪合閉式諧振腔內(nèi)部電場，一端 為SMA、N型或AP口等同軸電纜標(biāo)準(zhǔn)接頭，另一端為環(huán)狀禪合結(jié)構(gòu)，如圖4所示，禪合方式為 磁禪合，其結(jié)構(gòu)為硬同軸線的內(nèi)導(dǎo)體伸出后彎曲成環(huán)狀，然后與外導(dǎo)體連接形成一個(gè)閉合 環(huán)路，環(huán)面與腔體的上下底面平行，磁場通過環(huán)