X波段准光腔材料的测定方法及其介电常数测量方法
【专利摘要】本发明公开一种X波段准光腔材料的测定方法，该测定方法包括如下步骤：1)根据准光腔腔体材质或镀层材质确定趋肤深度；2)根据准光腔品质因数和趋肤深度Q确定腔长D取值范围；3)根据准光腔曲率因子和本征谱线纯度确定球面镜曲率半径R取值范围；4)确定准光腔球面镜口径A1为350mm；5)确定准光腔平面镜直径A2为250mm；6)确定准光腔的信号耦合性，所述准光腔的球面镜顶端与耦合波导的底端固定连接。该测量方法简单便捷，测量准确度较高。
【专利说明】X波段准光腔材料的测定方法及其介电常数测量方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种准光腔材料介电常数测量方法，特别是涉及一种X波段准光腔材 料的测定方法及其介电常数测量方法。
【背景技术】
[0002] 准光腔法以非破坏性、适于小损耗材料高精度测量等优点在毫米波频段被广泛采 用。在厘米波频段测量小损耗材料广泛采用封闭谐振腔，但该方法对材料加工要求严格，不 易实现温度环境模拟，且决定小损耗测量能力的品质因数很难超过1万。
[0003] 准光腔法基本原理是通过比较被测材料放入前后谐振频率或腔长、品质因数的变 化，结合被测材料厚度、初始腔长等参数，推导出介电常数和损耗角正切。准光腔测量属于 谐振腔法，具有多值特点，且测量精度与谐振频率、被测样品厚度密切相关。只有谐振频率、 被测样品厚度都选择合适才能得到足够高的测量精度。这就要求测量前需要知道被测样品 介电常数的估计值，才能根据测量频率设计出合适的样品厚度，得到准确唯一的介电常数 测量结果。但大多数情况下，被测样片的介电常数未知，如何设计被测样品厚度才能得到高 准确度的介电常数测量结果。传统的解决方法是通过测量两个不同厚度的被测样品确定其 介电常数。但经过理论验证该方法不仅麻烦，而且不能完全有效的解决介电常数多值问题。
[0004] 采用准光腔测量材料介电常数时，通常要求被测样品放入准光腔后的谐振频率偏 移量小于相邻模式的频率间隔。实际测量过程中，相邻模式的频率间隔一般为几百兆赫兹， 如果被测样品介电常数较大或厚度较厚，则放入准光腔后引起的频偏将大于相邻模式的频 率间隔，寻找与空腔模式相同的有载模式变得十分困难。传统测量方法限制介电常数在很 小的一个可测量范围。
【发明内容】
[0005] 针对以上现有技术的不足，本发明提供一种X波段准光腔材料的测定方法及其介 电常数测量方法，已提高X波段准光腔的品质因数，同时能够实现X波段小损耗材料介电常 数的高精度测量。
[0006] 本发明采用下述技术方案：
[0007] X波段准光腔材料的测定方法，该测定方法包括如下步骤：
[0008] 1)根据准光腔腔体材质或镀层材质确定趋肤深度；
[0009] 2)根据准光腔品质因数和趋肤深度Q确定腔长D取值范围；
[0010] 3)根据准光腔曲率因子和本征谱线纯度确定球面镜曲率半径R取值范围；
[0011] 4)确定准光腔球面镜口径A1为350mm ;
[0012] 5)确定准光腔平面镜直径A2为250mm ;
[0013] 6)确定准光腔的信号耦合性，所述准光腔的球面镜顶端与耦合波导的底端固定连 接。
[0014] 进一步，所述腔体材质采用黄铜时，在8. 2GHz?12. 4GHz频率范围，趋肤深度δ =(1· 14 ?1· 4) um ;
[0015] 所述品质因数Q大于8万时，由式⑴得到D大于224. 4mm，选取D = 250mm;
[0016] D > 2 δ Q (1)
[0017] 所述球面镜曲率半径R e [320mm, 333mm];
[0018] 所述耦合波导的耦合孔之间设置有0. 5mm的缝隙。
[0019] X波段准光腔材料测量介电常数的方法，该方法包括如下步骤：
[0020] 1)在X波段准光腔工作频段内等间隔选择多个测试频点；
[0021] 2)对所述多个测试频点下，被测样品进行介电常数测量，得到各个介电常数结 果；
[0022] 3)将所述各个介电常数结果进行描点，得到介电常数的起伏曲线；
[0023] 4)取所述起伏曲线的中心值，该中心值即为被测样品最终介电常数结果。
[0024] 本发明的有益效果如下：
[0025] 本发明提出一种新的X波段准光腔测量方法，新的测量方法简单便捷，测量准确 度较高，为准光腔法的应用开拓了新的测量思路。本发明提出的一种多模式组合测量方法， 拓展了介电常数的可测量范围，增强了该方法的可用性。
【专利附图】
【附图说明】
[0026] 下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步详细的说明。
[0027] 图1(a)示出准光腔球面镜俯视图；
[0028] 图1(b)示出耦合波导底端仰视图；
[0029] 图1(c)示出耦合波导侧视图。
[0030] 图2示出耦合波导与球面镜位置示意图；
[0031] 图3示出准光腔不同模式下多个谐振频率图。
【具体实施方式】
[0032] 为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说 明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具 体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
[0033] 本发明提供一种X波段准光腔，品质因数最高达5万以上，实现X波段（8. 2GHz? 12. 4GHz)小损耗材料介电常数的高精度测量；同时提出一种新的X波段准光腔测量方法， 当介电常数未知时，通过测量一块任意厚度的被测样品得到其介电常数真值；还提出了一 种多模式组合测量方法，拓展了介电常数的可测量范围。本发明解决了 X波段小损耗材料 介电常数的高精度测量问题，为其它厘米波频段小损耗材料介电常数的测量提供参考依 据。新的测量方法简单便捷，测量准确度较高，为准光腔法的应用开拓了新的测量思路。多 模式组合测量方法拓宽了准光腔的测量范围，增强了该方法的可用性。
[0034] X波段准光腔采用传输式半对称结构，X波段准光腔材料的测定方法包括如下内 容。
[0035] 1)根据腔体材质或镀层材质计算趋肤深度，本发明采用黄铜加工准光腔，在 8. 2GHz?12. 4GHz频率范围，趋肤深度δ = (1. 14?1. 4)um。
[0036] 2)根据品质因数Q确定目标推出腔长D取值范围，拟设计Q大于8万，由式⑴得 到 D 大于 224. 4mm,选取 D = 250mm。
[0037] D > 2 δ Q (1)
[0038] 3)根据曲率因子和本征谱线纯度确定球面镜曲率半径R取值范围。
[0039] 首先，曲率因子一般取值（0. 2, 0. 6)，即
【权利要求】
1. X波段准光腔材料的测定方法，其特征在于，该测定方法包括如下步骤： 1) 根据准光腔腔体材质或镀层材质确定趋肤深度； 2) 根据准光腔品质因数和趋肤深度Q确定腔长D取值范围； 3) 根据准光腔曲率因子和本征谱线纯度确定球面镜曲率半径R取值范围； 4) 确定准光腔球面镜口径A1为350mm ; 5) 确定准光腔平面镜直径A2为250mm ; 6) 确定准光腔的信号耦合性，所述准光腔的球面镜顶端与耦合波导的底端固定连接。
2. 根据权利要求1所述的X波段准光腔材料的测定方法，其特征在于， 所述腔体材质采用黄铜时，在8. 2GHz?12. 4GHz频率范围，趋肤深度δ = (1.14? 1. 4) um ； 所述品质因数Q大于8万时，由式⑴得到D大于224. 4mm，选取D = 250mm; D > 2 δ Q (1) 所述球面镜曲率半径RG [320mm, 333mm]; 所述耦合波导的耦合孔之间设置有〇. 5mm的缝隙。 3. X波段准光腔材料测量介电常数的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤： 1) 在X波段准光腔工作频段内等间隔选择多个测试频点； 2) 对所述多个测试频点下，被测样品进行介电常数测量，得到各个介电常数结果； 3) 将所述各个介电常数结果进行描点，得到介电常数的起伏曲线； 4) 取所述起伏曲线的中心值，该中心值即为被测样品最终介电常数结果。
【文档编号】G01R27/26GK104155527SQ201410367101
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年7月29日 优先权日:2014年7月29日
【发明者】张娜, 成俊杰, 张国华, 高春彦, 杨初 申请人:北京无线电计量测试研究所