一种微波闭式谐振腔复介电常数测量装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于微波测试技术领域，具体设及一种闭式谐振腔测量装置，用于实现微 波介质材料复介电常数的准确测量。
【背景技术】
[0002] 微波介质材料在航空航天、军事装备、电子通信等领域中的应用非常广泛，而介电 常数是介质材料最重要的电学参数，实现介电常数的准确测量，对于各种新型介质材料的 研制与实际应用具有非常重要的意义。介电常数测量方法主要分为两大类，第一类是传输 线法，第二类是谐振腔法，而谐振腔法又可分为介质谐振器法、高Q腔法、微扰腔法、准光腔 法等，其主要原理是将被测介质材料放入特定的测试腔体或夹具中，然后输入一定频率范 围的电磁波，在某些特定的频率点上，电磁波将在测量腔体和被测介质材料中产生电磁谐 振现象，通过测量其谐振频率与相应的品质因素Q值，计算得到介质材料的复介电常数值。
[0003] 现有的谐振腔法存在一些缺点，例如国标GB7265. 2-87中规定的介质谐振器法采 用的是一种开放式谐振腔，需要依靠介质材料将电磁场进行束缚，因此主要用于测试介电 常数值较高的材料，当被测材料的介电常数值较低时，对电磁场束缚作用太小，无法完成 测试。国标GB/T5597-1999中规定的高Q腔法虽然采用的是封闭式谐振腔，但是样品与谐 振腔内表面直接接触，带来较大的金属表面电流损耗，影响了介电常数虚部测量。微扰法需 要将被测样品材料制作成细杆壮，样品尺寸小加之采用了近似计算，造成测量准确度不高。 准光腔法主要应用于频率较高的毫米波段，难W在微波频率段进行测量。
【发明内容】
[0004] 本发明要解决的技术问题是提供了一种微波闭式谐振腔复介电常数测量装置。
[0005] 本发明的微波闭式谐振腔复介电常数测量装置，含有闭式谐振腔、被测介质材料、 支撑柱、禪合探针、测试电缆、矢量网络分析仪W及底座、禪合探针夹持件；其特征在于被测 介质材料放置于闭式谐振腔内部的支撑柱上，禪合探针通过禪合孔伸入闭式谐振腔内，经 测试电缆连接于矢量网络分析仪，闭式谐振腔固定放置于底座中部位置，禪合探针夹持件 放置于底座上并分列于闭式谐振腔两侧，禪合探针固定于禪合探针夹持件上。
[0006] 所述的闭式谐振腔，由一个圆筒和上下两个圆盘状盖板组成。
[0007] 所述的闭式谐振腔的腔体采用金属材料制作，并对金属材料表面进行锻银或者锻 金处理。
[0008] 所述的闭式谐振腔中的圆筒的中间位置或盖板上开有两个禪合孔，供禪合探针伸 入闭式谐振腔内部进行电磁场禪合；所述的禪合孔为圆形通孔，直径略大于禪合探针直径。
[0009] 所述的被测介质材料为圆柱状，放置于闭式谐振腔的支撑住上，被测介质材料位 于闭式谐振腔的中部位置，被测介质材料半径与高度的尺寸为闭式谐振腔半径与高度的 1/6 至 2/3。
[0010] 所述的支撑柱，为聚四氣己締、石英材料；支撑柱的半径小于被测介质材料半径的 1/5,其高度能够使被测介质材料达到闭式谐振腔的中间位置。
[0011] 禪合探针通过闭式谐振腔上的开孔伸入谐振腔内部，调节深入长度，其结构一端 为SMA、N型或AP口同轴电缆标准接头，另一端为环状禪合结构。
[0012] 所述的禪合探针的结构为硬同轴线的内导体伸出后弯曲成环状，然后与外导体连 接形成一个闭合环路，环面与腔体的上下底面平行。
[0013] 所述的底座将闭式谐振腔和禪合探针夹持件固定于其上面；所述的禪合探针夹持 件用于调节禪合探针的位置W及深入闭式谐振腔的深度。
[0014] 本发明的微波闭式谐振腔复介电常数测量装置，通过封闭的金属腔体将电磁波束 缚在腔体内，完全消除了福射损耗的影响，通过减小腔体内部表面电流，使测量装置的无载 品质因素增大，极大的提高了测量低损耗介质材料的能力，提供了一种精确求解电磁场分 布的算法，具有介电常数测量范围广，测量结果准确度高的优点。
[0015] 本发明能够同时实现介电常数和损耗角正切的测量，克服了开式腔福射损耗大， 金属表面电流损耗大的缺点，对于低损耗W及超低损耗介质材料的损耗角正切测量更加准 确，而且量程更宽。通过采用不同尺寸的腔体进行测量，能够对实现不同频率下介质材料的 测试，在一定范围内实现测试频率的调节。
【附图说明】
[0016] 图1是本发明的微波闭式谐振腔复介电常数测量装置的结构示意图之一； 图2是本发明的微波闭式谐振腔复介电常数测量装置的结构示意图之二； 图3是本发明中的闭式谐振腔的结构示意图； 图4是本发明的禪合探针结构示意图； 图5是本发明的S参数测量曲线示意图； 图中；1.微波闭式谐振腔2.被测介质材料3.支撑柱4.禪合探针5.测试电缆6.矢量网络分析仪7.禪合环8.底座9.禪合探针夹持件10.接头11.禪合探针 外导体12.禪合探针内导体D.闭式谐振腔内半径H.闭式谐振腔高度d.介质样品 半径h.介质样品高度。
【具体实施方式】
[0017] 本发明的微波闭式谐振腔复介电常数测量装置将被测介质材料放置于闭式谐振 腔内，并用支撑柱放置于腔体的中屯、位置，利用两根禪合探针对腔体内部的电磁场进行禪 合，外接具有扫频测量功能的矢量网络分析仪测量闭式谐振腔的微波散射参数，根据测量 得到的谐振频率与相应品质因素Q值，通过模式匹配法计算得到腔体内电磁场分布、相应 电磁场模式、金属壁电流损耗值，最后得到介质材料复介电常数的准确解。测试系统如图1 所示，主要由闭式谐振腔、被测材料、支撑柱、禪合探针、微波测试电缆、矢量网络分析仪W 及附属固定装置组成。
[0018] 闭式谐振腔由一个圆筒和上下两个圆盘状盖板组成，结合后形成一个封闭的圆柱 体空腔，圆柱形体空腔的半径与高度的比例为0.8至1.2之间为最优，其他比例也不会影响 测量功能，但是会对谐振频率模式分布有一定影响，其尺寸大小根据需要测量的频率进行 选取，空腔谐振频率根据公式
计算得到，其中C为光速，D为谐振腔内径，H为谐振腔高度，加入被测材料之后，其谐 振频率会降低，与被测材料的尺寸和介电常数相关，圆筒的中间位置开两个小孔供禪合探 针伸入腔体内部进行电磁场禪合，也可根据腔内电磁场分布在盖板等其他位置开孔，如图2 所示。闭式谐振腔采用具有优良导电性能的铜、侣等金属材料制作，将内表面进行抛光处 理，并可在谐振腔内表面锻银、金等进一步提高导电性能。
[0019] 禪合探针(也可称为禪合线、禪合天线）的作用是禪合闭式谐振腔内部电场，一端 为SMA、N型或AP口等同轴电缆标准接头，另一端为环状禪合结构，如图4所示，禪合方式为 磁禪合，其结构为硬同轴线的内导体伸出后弯曲成环状，然后与外导体连接形成一个闭合 环路，环面与腔体的上下底面平行，磁场通过环