一种圆柱腔中心加载金属圆片的微波表面电阻率测试装置

本发明属于微波、毫米波材料电磁参数测试，具体涉及一种圆柱腔中心加载金属圆片的微波表面电阻率测试装置。

背景技术：

1、在低频状况下，表征材料导电特性常用的参数是电阻率和电导率。电阻率是用来表示各种物质电阻特性的物理量。用某种材料制成的长为1米、横截面积为1平方米的导体的电阻，在数值上等于这种材料的电阻率。电导率σ是用来描述物质中电荷流动难易程度的参数，为电阻率ρ的倒数，即σ＝1/ρ，电导率的标准单位是西门子/米(s/m)。在微波频段下，导体中的电磁波存在趋肤效应，即电磁波在导体中传播很短的一段距离后几乎完全衰减，电流仅存在于导体表面很薄的一层。这与直流或低频情况下电流均匀分布于导体横截面上的情况有很大不同，此时低频的电阻率测试方法已经不再适用。

2、在微波频段下，使用导体的表面电阻率，即厚度为趋肤深度的导体每平方米的电阻，衡量导体的导电能力。随着频率的升高，导体的趋肤深度减小，导体的表面电阻率随之变化。因此，为了准确设计电路损耗，需要准确获得各个频率下的金属材料表面电阻率。

3、目前测试表面电阻率常用的测试方法主要有te011模式圆柱形谐振腔法、平行板谐振器法、介质谐振器法等。te011模式圆柱形谐振腔法是通过圆柱形腔体和两片待测金属板构成，该方法通常用于30ghz以下，单频点工作；平行板谐振器法是通过两片待测金属板与一片低损耗介质基板构成，该方法通常用于测试较大的电导率，但测试精度低；介质谐振器法测试装置是由两片待测金属板和夹在中间的介质柱共同组成，工作于te01δ模式，利用超低损耗的蓝宝石材料作为介质柱，可以实现极高的测试精度，但该方法同样无法工作于30ghz以上，且为单频点工作；准光腔测试法是由球面镜和样品构成，工作频率最高可达110ghz，但是准光腔结构为开放式腔，其能量易受到干扰，影响测试精度，且准光腔的球面镜为球面或高斯面，对加工精度要求也比较高。

4、因此，上述金属板表面电阻的测试方法大部分只用于30ghz以下的低频测试，不能进行高频表面电阻率的准确测试，无法满足新一代信息技术在毫米波、太赫兹频率的发展需求。

技术实现思路

1、针对背景技术所存在的问题，本发明的目的在于提供一种圆柱腔中心加载金属圆片的微波表面电阻率测试装置，该装置在中间分割的圆柱腔中插入金属圆片，通过圆柱腔的法兰和金属圆片，将电场束缚于腔内，从而可以用于测试金属板的表面电阻率，测试频率可达110ghz及以上，且可实现超宽频多模测试。

2、为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

3、一种圆柱腔中心加载金属圆片的微波表面电阻率测试装置，包括：同轴馈电结构、圆柱形谐振腔、环形介质板、待测金属圆片、微波电缆、矢量网络分析仪和连接件；

4、圆柱形谐振腔由第一半腔和第二半腔组成，两个半腔开口面相对设置；环形介质板包括两个相同的第一环形介质板和第二环形介质板；从上至下依次设置第一半腔、第一环形介质板、待测金属圆片、第二环形介质板和第二半腔；半腔封闭端为圆柱形谐振腔的短路面，其中心位置开孔，放置同轴馈电结构；两个半腔的开口面组成圆柱形谐振腔的开路面，第一半腔和第二半腔的开路面设置连接件，用于固定连接两个半腔；所述待测金属圆片、圆柱形谐振腔与馈电结构在竖直方向同轴；

5、同轴馈电结构通过微波电缆与矢量网络分析仪连接。

6、进一步的，所述同轴馈电结构为同轴探针。

7、进一步的，所述连接件优选为法兰。

8、进一步的，所述金属圆片尺寸应大于半腔直径，圆柱腔法兰半径应大于金属圆片半径1.3倍。

9、进一步的，所述环形介质板为聚四氟乙烯、石英等超低损耗材料。

10、进一步的，所述环形介质板做支撑结构使用，其环宽应越小越好，高度与可测试的最高频率相关，在满足频率要求的前提下，高度越高越好，频率的计算公式是f＝c0/(4*d)，其中，c0为真空中的光速，d是两个法兰面之间的间隙。

11、进一步的，所述微波表面电阻率测试装置还包括移动单元，所述移动单元用于去除连接件后移动第一半腔，从而更换待测金属圆片，在更换过程中确保同轴位置关系不变。

12、综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

13、1)本发明通过在中间分割的圆柱腔中插入金属圆片，通过圆柱腔的法兰和金属圆片，将电场束缚于腔内，构成稳定的谐振，通过实测谐振频率和品质因数得到导体损耗功率，即可计算得到金属圆片的微波表面电阻率。

14、2)本发明采用的结构具有旋转对称性，并且圆柱形谐振腔中心处电场耦合可选择性激励起tm0np模式，而该系列模式均可用于测试，由此实现表面电阻率超宽频多模测试，测试频率可达110ghz及以上。

技术特征：

1.一种圆柱腔中心加载金属圆片的微波表面电阻率测试装置，其特征在于，所述微波表面电阻率测试装置包括同轴馈电结构、圆柱形谐振腔、环形介质板、待测金属圆片、微波电缆、矢量网络分析仪和连接件；

2.如权利要求1所述的微波表面电阻率测试装置，其特征在于，所述同轴馈电结构为同轴探针。

3.如权利要求1所述的微波表面电阻率测试装置，其特征在于，所述连接件为法兰，法兰和圆柱形谐振腔固定连接。

4.如权利要求3所述的微波表面电阻率测试装置，其特征在于，所述金属圆片尺寸应大于半腔直径，法兰半径应大于金属圆片半径1.3倍。

5.如权利要求1所述的微波表面电阻率测试装置，其特征在于，所述环形介质板为超低损耗材料。

6.如权利要求5所述的微波表面电阻率测试装置，其特征在于，所述超低损耗材料为聚四氟乙烯或石英。

7.如权利要求1所述的微波表面电阻率测试装置，其特征在于，所述环形介质板的环宽应越小越好，高度与可测试的最高频率相关，在满足工作频率要求的前提下，高度越高越好。

8.如权利要求7所述的微波表面电阻率测试装置，其特征在于，工作频率f的计算公式为：f＝c0/(4*d)，其中，c0为真空中的光速，d是两个法兰面之间的间隙。

9.如权利要求1-7任一权利要求所述的微波表面电阻率测试装置，其特征在于，所述微波表面电阻率测试装置还包括移动单元，所述移动单元用于去除连接件后移动第一半腔，从而更换待测金属圆片，在更换过程中确保同轴位置关系不变。

技术总结
本发明的目的在于提供一种圆柱腔中心加载金属圆片的微波表面电阻率测试装置，属于微波、毫米波材料电磁参数测试技术领域。该装置在中间分割的圆柱腔中插入金属圆片，通过圆柱腔的法兰和金属圆片，将电场束缚于腔内，从而可以用于测试金属板的表面电阻率，测试频率可达110GHz及以上，且可实现超宽频多模测试。

技术研发人员：余承勇,胡嫁琪,张云鹏,高冲,高勇,龙嘉威,何骁,冯天琦,郑虎,李恩
受保护的技术使用者：电子科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1