一种介电常数四端口测量装置的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种介电常数四端口测量装置，它由两个相同的宽带3dB定向耦合器组成，并包括四个端口，分别是输入端口、耦合端口、输出端口及隔离端口；输入端口、耦合端口采用共面波导传输线，隔离与输出端口采用槽线；各输入/耦合端口与隔离/输出端口之间采用耦合共面波导过度；两个定向耦合器的输出与隔离端口由U形槽线相连接；连接两个输出端口的U形槽线称之为传输线路，此处是整个装置中电场最强的地方，待测物将放在传输线路上；为提高测试灵敏度，在装置各不连续的地方焊接空气桥。本发明可以实现宽带和在线测量，具有广泛的实用性。
【专利说明】
一种介电常数四端口测量装置
[0001 ]
技术领域： 本发明涉及介电常数测量装置，特别是一种宽带介电常数四端口测量装置。
[0002]
【背景技术】： 随着射频技术，无线通信技术的蓬勃发展，微波能的应用被推向了更为广阔的天地。而 介电常数测量即在广阔的频域内，获取介质材料的介电常数，是微波能应用的重要分支。因 此材料的介电特性测量在工业，电磁兼容，生物医学，材料工程等领域扮演着重要的角色。 通常情况下，材料的介电常数无法直接测量，只能通过测量与其有关的其它参量(如散射参 数)来获得，同时还需建立介质的介电常数与可测量(散射参数)之间的关系来提取其介电 常数。目前介电常数测试方法主要有传输/反射法，自由空间法，谐振腔法等。传输/反射法 应用最为广泛，论文"开口同轴探头同时测量复电磁参数技术理论研究与实践"系统地论述 了传输/反射法（同轴探头)对材料的复电磁特性测量技术，取得了良好的效果，但是面临着 灵敏度不足和后期介电常数提取的多值问题。
[0003]
【发明内容】
： 本发明的目的是提供一种结构合理、测试方便的宽带介电常数四端口测量装置。
[0004] 本发明的技术方案是，一种介电常数四端口测量装置，其特征在于:它由两个相同 的宽带3dB定向耦合器组成，并包括四个端口，分别是输入端口、耦合端口、输出端口及隔离 端口；输入端口、耦合端口采用共面波导传输线，隔离与输出端口采用槽线;各输入/耦合端 口与隔离/输出端口之间采用耦合共面波导过度;两个定向耦合器的输出与隔离端口由U形 槽线相连接;连接两个输出端口的U形槽线称之为传输线路，此处是整个装置中电场最强的 地方，待测物将放在传输线路上;为提高测试灵敏度，在装置各不连续的地方焊接空气桥。
[0005] 本发明在测试介质介电常数方面有明显的优势，四端口测试可获取更多待测物的 信息，为后续介电常数的提取提供更多的依据，避免多值问题;测试灵敏度高，测试装置可 敏感探知待测物的微小扰动引起的四端口散射参数的变化;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。整个装置采取了镀金处理，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。本发明可以实现宽带和在线测量，具有广泛的实用性。
[0006]
【附图说明】： 图1是本发明的结构示意图。
[0007] 图2是本发明空载时四个端口的散射参数S11、S21、S31及S41; 图3是本发明负载时端口 1反射系数(S11); 图4是本发明负载时端口 2的传输系数(S21); 图5是本发明负载时端口 3的传输系数(S31); 图6是本发明负载时端口 4的传输系数(S41) 注:空载指的是整个测试装置上不放置任何待测物；负载指的是在测试装置上放上待 测物，即特氟龙(tef Ion)，美国雅龙(AD1000)，FR-4环氧玻纤板(FR4_epxon)。
[0008]
【具体实施方式】： 本发明的测试装置如图1所示，其包括四个端口，Portl、port2、port3及port4分别 是输入端口、耦合端口、输出端口及隔离端口。整个装置由两个相同的定向耦合器组成，定 向耦合器的输入及耦合端口采用共面波导传输线1;|(足为测试装置的中心波长)部分采 用耦合共面波导传输线2及扇形辐射面3 ?;输出及隔离端口采用槽线4;待测物可放在整个 装置电场最强的地方即4所示的槽线;为便于加工测试，图1中共面波导1的阻抗为500，槽 线4的阻抗选择100￡2 ,则耦合共面波导2的阻抗为50$ ;在测试装置的各不连续地方均 焊接了空气桥5。
[0009] 研究表明，采取四端口测试装置可获取更多包含待测信息的数据，为后续介电常 数的提取提供更多的依据，可避免多值问题。本发明提出的测试装置可敏感探知被测物介 电常数微弱变化引起的散射参数的变化。
[0010] 空载(整个测试装置上不放置任何待测物)情况下，从输入端口输入的信号，大部分传 输到输出端口，按照一定的耦合度会有部分能量到达耦合端口，理想情况下，无能量到达隔 离端口。对于介电常数测量装置而言，最该关心的是整个装置的灵敏度及带宽，其耦合度影 响不大。从图2可以看出在5-8GHZ的频带内，从输入端口 1传输到输出端口 3的信号在-5dB以 上即心；到达端口4及2的信号在-15dB以下即&和4 ;而端口 1的反射系数4也在_15dB 以下。因此空载情况下，由端口 1输入的信号大部分经传输线路到端口4。当测试支路放上被 测材料时（负载），根据微波传输特性，相当于在测试装置上加入了不连续部分，被测材料将 打破空载情况下的传输平衡，从而影响四个端口的散射参数。本发明正是通过上述微波传 输的原理测介质的介电常数的。该发明设备简单，操作方便，灵敏度高，频带宽;对待测物放 置的具体位置无特别的要求，只要在图1的U形槽线部分即可;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 装置采取了镀金处理，对于腐蚀性液体也可进行测试。
[0011] 以块状固体特氟龙〇6〇〇11)，环氧玻卬1?-4)和美国雅龙(401000)为测试物即负载 情况下的四端口散射参数的信息如图3,4,5,6所示。结果表明待测物的扰动可引起测试装 置的四端口散射参数的明显的变化，其灵敏度高，频带宽，测试方便，四端口测试为后续介 电常数的提取提供了更多依据，可避免多值问题。
[0012] 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以做出其它不同形式的变化或变 动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举，而由此所引伸出的显而易见的变化或变 动仍处于本发明创造的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种介电常数四端口测量装置，其特征在于:它由两个相同的宽带3dB定向耦合器组 成，并包括四个2而口，分别是输入2而口、親合2而口、输出立而口及隔1??而口；输入2而口、親合立而 口采用共面波导传输线，隔离与输出端口采用槽线;各输入/耦合端口与隔离/输出端口之 间采用耦合共面波导过度;两个定向耦合器的输出与隔离端口由U形槽线相连接;连接两个 输出端口的U形槽线称之为传输线路，此处是整个装置中电场最强的地方，待测物将放在传 输线路上;为提高测试灵敏度，在装置各不连续的地方焊接空气桥。
【文档编号】G01R27/26GK105929247SQ201610300279
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年5月9日
【发明人】刘伟娜, 刘海瑞, 王萌, 施艳艳
【申请人】河南师范大学