一种180度混合环介电常数测量装置的制造方法
【专利说明】-种180度混合环介电常数测量装置
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技术领域： 本发明设及微波测量领域，特别设及采用180<^混合环结构，通过获取测量系统的散射 参数并加 W计算，对未知材料的介电常数进行测量的装置。
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【背景技术】： 近年来，微波技术的应用在通信，雷达，电磁兼容，食品化工及医药化工等领域获得了 长足的发展。无论从理论上还是微波工程应用上来说，介电常数都是影响电磁场与物质相 互作用的主要因素。如在医药化工、食品化工及微波化学等领域，化学溶液的介电特性是化 学反应过程中最为重要的参量，因此对溶液介电常数的宽带测量与计算就显得非常重要。 目前，介电常数的测试方法主要有接触式和非接触式，接触式如传输/反射法，非接触式主 要有谐振腔，自由空间法等。传输/反射法因其结构简单成本低廉而在微波测量中应用十分 广泛，随着微波技术的不断发展，各种提高测试传输/反射法灵敏度的技术不断被提出，如 采用灵敏度更高的共面波导和槽线等。现有技术中的一种传输/反射法的介电常数测量装 置，其技术方案是利用槽线的传输特性，测量液体和固体粉末状物质的介电常数。该方案在 槽线结构中设置有孔桐，盛放被测材料的容器被放置于孔桐中，利用被测介质对微波传输 特性的影响获得其介电常数，该方法对容器的横截面大小及液面的高度有较高的要求，具 有良好的测试效果，但在感知待测物介电常数微弱差异时存在局限性。
【发明内容】
[0003] 本发明是基于宽高灵敏度的目的提供一种结构合理、测量效果好的180度混合环 介电常数测量装置。
[0004] 本发明的技术方案是，提供一种新型介电常数测量装置，主要包括一个共面波导 结构的宽带3地180度混合环，其特征在于：宽带3分贝180度混合环的两个输出端口各加载 一段终端开路的传输线，该器件是两端口网络，并包含两条支路即测试支路和参考支路。所 述的测量装置的两个输出端口之间采用宽带180度移相器相连;所述的参考支路和测试支 路上设置有参考区和测量区，且终端开路传输线均为共面波导传输线。
[000引本发明在测试介质介电常数方面有明显的优势，其灵敏度高，可敏感感知两支路 的微弱信号变化。测试装置简单，频带宽，无需设计复杂的通道，无需任何参考物。该专利可 实现块状固体，液体及粉末状固体物质介电常数宽带测量。整个装置采取了锻金处理，对被 测物放置的具体位置一般也无严格的限制，操作方便灵活。本发明可W实现宽带和在线测 量，具有广泛的实用性。
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【附图说明】： 图1是本发明的结构示意图， 图2是本发明所述的宽带180度移相器的结构示意图， 图3是空载及负载情况下测得的女11， 图4是空载及负载情况下测得的。
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【具体实施方式】： 结合附图详细描述实施例， 本实施例是，在宽带180度混合环的两个输出端口各加载一段开路传输线，则本发明提 出的测试装置上有1和2两个端口，并包含两条支路即参考支路和测试支路;且两个输出端 口之间由宽带180度移相器相连;加载的两端开路传输线为共面波导，且两条支路上分别设 置有参考区和测量区。本发明的技术方案是在测试支路上放置测试物，利用被测材料对微 波传输性能的影响，通过分析放置被测材料前后的传输特性得到其介电常数。为改变180度 混合环基本结构对中屯、频率的敏感性，特用宽带180<^移相器代替四分之立波长的传输线。 具体结构如图1所示，1和3部分为阻抗为50欧姆的共面波导；2部分为阻抗为?，长度 Φ ^ 为&的共面波导是中必频率对应的波长），为减小反射，2部分的直角拐弯处焊接了空 4', 气桥;4和5分别为测试支路和参考支路，其为阻抗50￡3的共面波导传输线，6部分为宽带180<^ 移相器，其具体结构如图2所示;测量区和参考区分别位于测量支路和参考支路上。为提高 装置的工作性能，在各拐角部分都焊接了引线7。
[0008] 研究表明，采取两支路相比较的测试方法。即一条为参考支路，其上放置参考材 料;另一条为测试支路，其上放置被测材料。通过参考物与被测物相同和不同两种情况下散 射参数的对比，进而获得被测材料的介电常数，可大幅度提高整个测试系统的灵敏度。因为 两支路的微小差异即可敏感地影响测试器件的散射参数。且对于将介质放置于传输线之 上的测试方法而言，共面波导传输线的灵敏度高于微带线，因其中间导带与地处于同一平 面，故共面波导传输线周围的场对介质的感应度更高。本发明提出的测试装置正是基于两 支路相比较的测试理念进行设计的，且采用共面波导传输线构造。
[0009] 测试过程中，本发明提出的装置的两个端口分别于矢量网络分析仪相连，信号由 端口 1输入并按相同的功率分配到两条支路上。理想情况下(空载），端口2为隔离端口，没有 信号输出。两支路之间有180度相差，该相差由宽带180度移相器决定。当测量区放上待测物 (负载），两支路原有的平衡被打破，运必然造成两支路反射信号不同，从而影响测试装置的 两端口散射参数。而负载情况下的信号包含由待测物的信息，本发明正是利用被测材料对 微波传输性能的影响，通过分析空载和负载时测试装置的散射参数信息推导待测物的介电 常数。
[0010] 具体地，空载情况下(两支路均不放置任何材料），从端口 1输入的信号分别对等地 分配给两个输出端口，运两个端口之间有180度相移，由于两个输出端口均加载开路传输 线，因此两路上相反的信号被反射到端口巧日2。当测试支路放上被测材料时(负载），根据微 波传输特性，两路上反射的信号将发生变化，此时端口 1和2的散射参数也将发生变化。本发 明正是通过空载和负载情况下，两支路反射信号的变化引起的端口 1和2的散射参数的变化 来获得被测材料的介电常数。且从空载和负载情况下端口 1和2的散射参数的变化推导被测 材料的介电常数。该发明设备简单，操作方便，灵敏度高;对测量区和参考区无特别的要求， 只要在两支路上即可;无需复杂的去嵌入和其它介电常数提取的算法;非常适合块状固体， 液体和固体粉末状物质介电常数测量;且对加工的装置采取了锻金处理，对于腐蚀性液体 也可进行测试。
[0011] 对块状固体可直接放置于测量支路上，此时参考物选择空气最便于测试;对于液 体或者固体粉末，需用导电胶粘贴盛放被测物的容器，为计算方便，此时也需在参考支路上 粘贴同样的容器W保持对称性，便于介电常数的计算，一般选择直径与测量区和参考区尺 寸合适的塑料管作为盛放被测物的容器。
[0012] W块状固体特氣龙(Teflon)，聚丙締(pp)，聚氯乙締(PVC)，环氧玻(FR-4)和美国 雅龙(AD1000)为测试物，不选择参考物（即参考物为空气)时，探测的散射参数信息如图3和 4所示。
[0013] 结果表明，本发明提出的方法灵敏度高，频带宽，且后续待测物介电常数计算仅需 相应的散射参数的幅度信息。因此该发明装置简单，频带宽，测试方便，对测量区和参考区 无特殊要求，便于实现高灵敏度宽带及小型化测试。
[0014] 上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所 属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可W做出其它不同形式的变化或变 动。运里无需也无法对所有的实施方式予W穷举，而由此所引伸出的显而易见的变化或变 动仍处于本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种180度混合环介电常数测量装置，包括一个共面波导结构的宽带3dB180度混合 环，其特征在于:宽带3分贝180度混合环的两个输出端口各加载一段终端开路的传输线，该 器件是两端口网络，并包含两条支路即测试支路和参考支路。2. 如权利要求1所述的一种180度混合环介电常数测量装置，其特征在于:所述的测量 装置的两个输出端口之间采用宽带180度移相器相连;所述的参考支路和测试支路上设置 有参考区和测量区，且终端开路传输线均为共面波导传输线。
【专利摘要】本发明公开了一种180度混合环介电常数测量装置，本发明的技术方案是，一种180度混合环介电常数测量装置，包括一个共面波导结构的宽带3dB180度混合环，宽带3分贝180度混合环的两个输出端口各加载一段终端开路的传输线，该器件是两端口网络，并包含两条支路即测试支路和参考支路。所述的测量装置的两个输出端口之间采用宽带180度移相器相连；所述的参考支路和测试支路上设置有参考区和测量区，且终端开路传输线均为共面波导传输线。发明可以实现宽带和在线测量，具有广泛的实用性。
【IPC分类】G01R27/26
【公开号】CN105486932
【申请号】CN201510995197
【发明人】刘伟娜, 张松玲, 郭彩霞, 詹华伟
【申请人】河南师范大学
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年12月24日