[發明專利]一種高靈敏度的終端開路同軸探頭

有效

• 申請號: 201310188287.0
• 申請日: 2013-05-20
• 公開（公告）號: CN103278699A
• 公開（公告）日: 2013-09-04
• 發明（設計）人: 楊曉慶;黃卡瑪;陳倩;郭慶功;陳星;劉長軍;閻麗萍;趙翔;楊陽;胡仲霞
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: G01R27/26
• 分類號: G01R27/26
• 代理公司: 成都科海專利事務有限責任公司 51202
• 代理人: 劉雙蘭

技術領域

本發明涉及一種微波頻率下物質參數測量技術，特別涉及一種微波頻率下測量介質材料介電常數高靈敏度的復合終端開路同軸探頭，屬于微波測量技術領域。

背景技術

物質的介電常數（ε_r）是反應電磁波在物質中傳播特性的重要參數。用來測量介電常數的方法有很多，比如終端開路/短路電路同軸線法，傳輸線法，自由空間法等等。這些方法在測量過程中，都需要用到散射參數的幅值和相位信息，因此測量時必須精確地獲取散射參數，這里用反射系數（S₁₁）來作為表征散射參數的幅值和相位信息。所述終端開路同軸線法是最常用和有效的測量介電常數的方法之一，而介電常數的測量精度直接被終端開路同軸探頭的靈敏度所影響，在使用傳統終端開路同軸探頭測量介電常數時發現很難區分其反射系數（S₁₁）的幅值和相位值的微弱變化。當兩種媒質的介電常數非常接近時，所測得的反射系數幅值和相位也非常相近。由于傳統終端開路同軸探頭很難區分反射系數的這種微小差異變化，從而導致獲取的反射系數不準確，最終得到的介電常數也會不準確，因而影響了對物質介質特性的判斷。時域有限差分（FDTD）是計算電磁場分布的一種數值方法，可以用于終端開路同軸探頭加載結構和測量系統的仿真計算。因此，如果能提供一種加載結構的新型復合終端開路同軸探頭，通過該終端開路同軸探頭加載結構和測量系統的數值仿真，來提高終端開路同軸探頭在測量系統中的靈敏度，這正是本發明的任務所在。

發明內容

本發明的目的正是為了克服傳統終端開路同軸探頭在測量介電常數的測量系統中所存在的缺陷和不足，而提供一種結構簡單、使用方便的新型結構的高靈敏度的復合終端開路同軸探頭。該復合終端開路同軸探頭是采用通過在傳統終端開路同軸探頭末端加載一個由基于S形左手材料結構組成的陣列附加結構來構成的；即采用S形左手材料結構組成的陣列結構形式連同一個終端開路同軸線構成的新型結構的復合終端開路同軸探頭；來達到提高復合終端開路同軸探頭在測量系統中測量介電常數的靈敏度。

本發明的基本思路：采用S形左手材料單元結構組成的陣列結構形式連同一個終端開路同軸線構成的新型結構的復合終端開路同軸探頭；即采用通過在傳統終端開路同軸探頭末端加載一個由基于左手材料結構的S形左手材料單元周期諧振結構陣列組成的附加結構，來達到改善傳統終端開路同軸探頭在測量系統中測量靈敏度低下的缺陷。它利用了左手材料結構對電磁波具有“完美聚焦”的放大特性，來彌補傳統終端開路同軸探頭對被測介質材料靈敏度不高的缺陷。并通過時域有限差分（FDTD）算法對該復合終端開路同軸探頭測量系統進行數值仿真，經數值仿真其結果顯示該復合終端開路同軸探頭結構確實能夠大大提高整個測量系統對介質介電常數發生微弱變化時的感知靈敏度，從而彌補了傳統終端開路同軸探頭對測量介電常數微弱變化時，感知靈敏度低的缺陷。

為實現上述目的，本發明采用由以下技術措施構成的技術方案來實現的。

本發明提供的一種高靈敏度的復合終端開路同軸探頭，包括傳統終端開路同軸探頭，其特征在于還包括S形左手材料結構組成的陣列附加結構；具體是在所述傳統終端開路同軸探頭末端加載一個由基于左手材料結構的S形左手材料單元周期諧振結構陣列組成的附加結構，來達到提高復合終端開路同軸探頭在測量系統中對介電常數測量的靈敏度。

上述技術方案中，所述S形左手材料結構組成的陣列附加結構是由正面的S形左手材料結構單元和反面的S形左手材料結構單元組成。

上述技術方案中，所述正面的S形左手材料結構單元由若干個相同的正面S形左手材料結構單元組成。

上述技術方案中，所述反面的S形左手材料結構單元由若干個相同的反面S形左手材料結構單元組成。

上述技術方案中，所述正面的S形左手材料結構單元和反面的S形左手材料結構單元相互交替組成。

本發明提供的一種高靈敏度的復合終端開路同軸探頭用于測量介電常數的測量系統，該測量系統包括矢量網絡分析儀，密閉金屬諧振腔，待測介質，傳統終端開路同軸探頭，復合終端開路同軸探頭，S形左手材料結構組成的陣列加載結構；所述矢量網絡分析儀通過連接電纜與復合終端開路同軸探頭連接，復合終端開路同軸探頭置于密閉金屬諧振腔中，密閉金屬諧振腔中放置有待測介質。

所述傳統終端開路同軸探頭用于測量介電常數的測量系統，與本發明復合終端開路同軸探頭的上述測量系統結構及連接方式相同，只是所用終端開路同軸探頭為傳統終端開路同軸探頭。