一种双脊波导法液晶介电测试装置的制作方法

本发明涉及微波技术测试领域，具体为一种双脊波导法液晶介电测试装置。

背景技术：

大多数液晶材料是抗磁性物质，这其中主要来自于几乎所有的液晶分子中都存在着苯环，我们从分子角度上看，当磁场垂直于苯环时，电流会在苯环中增加，导致苯环里的能量越来越大，另一方面，当磁场与环平行时，苯环上就没有感应电流使得液晶分子的能量不会继续增加。因此，根据能量越低越稳定的原则，在磁场的作用下液晶分子总是要平行于磁场排列，因而液晶分子是会发生偏转的。

多年来，人们提出了几种测量材料介电性能的技术，特别是谐振腔的方法，在低损耗的情况下测量精度较高并得到了广泛的应用。一般单个矩形波导结构无法测量宽频带，想要测量就得需要多个不同尺寸的矩形波导，非常不实用也不方便。因此本专利采用双脊波导的方法来测试液晶在磁场作用下的介电性能。该方法可以明显提高谐振腔体的工作带宽，提高80％左右。

用谐振法和非谐振法研究了纳米晶体在微波频率下的介电特性。与通常提供宽带测量的非谐振方法相比，谐振方法通常是满足高精度测试要求的首选方法，特别是对低损耗材料。此外，谐振腔法更容易加载不同的液晶样品。

目前国内的脊波导同轴转换器的电气性能不如国外的优良，主要原因就是国内的材料品质和生产工艺有所不足。但是伴随着经济和科技的快速发展，对元器件的国产化提出了要求，这就需要在现有的条件基础上改进波导同轴转换器的性能。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种双脊波导法液晶介电测试装置，以解决上述背景技术提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种双脊波导法液晶介电测试装置，包括波导腔体、矢量网路分析仪、同轴传输线、脊波导同轴转换器、耦合孔、双脊波导腔端板、聚四氟乙烯管和连接孔，所述波导腔体上表面固定有脊波导同轴转换器，所述脊波导同轴转换器上连接有同轴传输线，所述同轴传输线的一端连接在量网路分析仪上，所述双脊波导腔端板穿插在波导腔体的内部，所述双脊波导腔端板之间形成耦合孔，所述聚四氟乙烯管穿插在波导腔体竖向中轴线处内部，所述连接孔设置在波导腔体上。

优选的，所述脊波导同轴转换器包括脊波导下腔体、凹槽、波导脊、金属通孔、脊波导上腔体、金属法兰、法兰连接器、SMA接头、内导体和调节螺杆，所述脊波导下腔体的上表面设置有凹槽，且凹槽设置有两个，所述凹槽之间设置有波导脊，所述波导脊的末端设置有金属通孔，所述脊波导上腔体设置在脊波导上腔体的上方，所述脊波导上腔体上表面设置有金属法兰，所述金属法兰的上方设置有法兰连接器，所述法兰连接器通过螺钉与金属法兰相连接，所述法兰连接器上表面设置有SMA接头，所述法兰连接器的下表面设置有内导体，所述调节螺杆插在金属通孔中。

优选的，所述聚四氟乙烯管内部的样品为E或CB或K液晶材料。

优选的，所述空腔状态下腔体的谐振频率是ω0，等加入液晶样品时其谐振频率为ωs，则腔体由于外加微扰物而产生的谐振频率的偏差Δω＝ω0-ωs，又由于本装置的样本体积与空腔体积Vs/Vc≤1∶1182，可以假定样品外的空腔内场不变，采用薄壁聚四氟乙烯管加载液晶样品，并考虑到聚四氟乙烯管的作用，则微扰公式可以改写为：

其中，Vs和Vc分别代表着液晶样品体积以及空腔的体积，E0是无扰动时腔的电场。

优选的，所述强静磁场范围是0.5T～1T。

优选的，所述液晶材料的复介电常数计算方法中采用多模技术，在5～22GHz内采用了6个频点，所用的模式是TE1，0,2n-1(n＝1,2,3...6)。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：该双脊波导法液晶介电测试装置：采用了分体式结构及波导腔内双脊高度的渐进式设计，改善了转换器的整体性能，同时采用了双脊波导的方式来进行测量，使得带宽提高80％，另外本发明是用脊波导测量液晶材料在加磁场作用下介电参数的变化，具有测试液晶的样品的体积小可节约成本，可靠性高，频带较宽，可调谐范围大，该测试设备不仅方便更换液晶样品，实现宽带快速测试，而且提供了对低损耗液晶材料的准确测量。

附图说明

图1为本发明双脊波导液晶介电参数测量装置示意图；

图2为本发明双脊波导腔内部截面结构示意图；

图3为本发明脊波导腔耦合孔截面结构示意图；

图4为本发明脊波导同轴转换器结构示意图。

图中：1、波导腔体，2、矢量网路分析仪，3、同轴传输线，4、脊波导同轴转换器，41、脊波导下腔体，42、凹槽，43、波导脊，44、金属通孔，45、脊波导上腔体，46、金属法兰，47、法兰连接器，48、SMA接头，49、内导体，410、调节螺杆，5、耦合孔，6、双脊波导腔端板，7、聚四氟乙烯管，8、连接孔。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-4，本发明提供一种技术方案：一种双脊波导法液晶介电测试装置，包括波导腔体1、矢量网路分析仪2、同轴传输线3、脊波导同轴转换器4、耦合孔5、双脊波导腔端板6、聚四氟乙烯管7和连接孔8，所述波导腔体1上表面固定有脊波导同轴转换器4，所述脊波导同轴转换器4上连接有同轴传输线3，所述同轴传输线3的一端连接在量网路分析仪2上，所述双脊波导腔端板6穿插在波导腔体1的内部，所述双脊波导腔端板6之间形成耦合孔5，所述聚四氟乙烯管7穿插在波导腔体1竖向中轴线处内部，所述连接孔8设置在波导腔体1上。

进一步的，所述脊波导同轴转换器4包括脊波导下腔体41、凹槽42、波导脊43、金属通孔44、脊波导上腔体45、金属法兰46、法兰连接器47、SMA接头48、内导体49和调节螺杆410，所述脊波导下腔体41的上表面设置有凹槽42，且凹槽42设置有两个，所述凹槽42之间设置有波导脊43，所述波导脊43的末端设置有金属通孔44，所述脊波导上腔体45设置在脊波导上腔体41的上方，所述脊波导上腔体45上表面设置有金属法兰46，所述金属法兰46的上方设置有法兰连接器47，所述法兰连接器47通过螺钉与金属法兰46相连接，所述法兰连接器47上表面设置有SMA接头48，所述法兰连接器47的下表面设置有内导体49，所述调节螺杆410插在金属通孔44中。

进一步的，所述聚四氟乙烯管7内部的样品为E7或5CB或K15液晶材料。

进一步的，所述空腔状态下腔体的谐振频率是ω0，等加入液晶样品时其谐振频率为ωs，则腔体由于外加微扰物而产生的谐振频率的偏差Δω＝ω0-ωs，又由于本装置的样本体积与空腔体积Vs/Vc≤1∶1182，可以假定样品外的空腔内场不变，采用薄壁聚四氟乙烯管加载液晶样品，并考虑到聚四氟乙烯管的作用，则微扰公式可以改写为：

其中，Vs和Vc分别代表着液晶样品体积以及空腔的体积，E0是无扰动时腔的电场。

进一步的，所述强静磁场范围是0.5T～1T。

进一步的，所述液晶材料的复介电常数计算方法中采用多模技术，在5～22GHz内采用了6个频点，所用的模式是TE1，0,2n-1(n＝1,2,3...6)。

进一步的，通过波导中心处钻出一个小孔将聚四氟乙烯管7插入其中，由于毛细管力的作用，液晶材料可以自动吸附到薄壁聚四氟乙烯管7中，然后在两端用UV固化胶密封，在腔体的两端各有一个脊波导同轴转换器连4接并通过SMA接头48与同轴传输线3与矢量网络分析仪2相连接，我们在传输模式下查看其S参数，并通过改变外加磁场以及翻转脊波导腔体从而可以改变聚四氟乙烯7内液晶分子的排列状态，并分别测量液晶分子平行状态和垂直状态的介电参数

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。