[發(fā)明專利]貧氧環(huán)境復(fù)介電常數(shù)高溫測(cè)試系統(tǒng)及測(cè)試方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410696547.X
• 申請(qǐng)日: 2014-11-26
• 公開（公告）號(hào): CN104360172B
• 公開（公告）日: 2017-08-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李恩;常利坤;張婧;徐家帝;郭高鳳;崔紅玲;李燦平
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G01R27/26
• 分類號(hào): G01R27/26
• 代理公司: 成都宏順專利代理事務(wù)所(普通合伙)51227
• 代理人: 李玉興

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及微波、毫米波材料介電性能測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種貧氧環(huán)境復(fù)介電常數(shù)高溫測(cè)試系統(tǒng)及測(cè)試方法。

背景技術(shù)

隨著通訊系統(tǒng)、武器精確制導(dǎo)和電子對(duì)抗技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，準(zhǔn)確了解電路介質(zhì)基片材料、天線罩材料的介電性能越來越重要。當(dāng)這些材料的工作溫度和環(huán)境發(fā)生變化時(shí)，它們的介電性能也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化。

此外，臨近空間作為科技與軍事應(yīng)用的新空間，是指距離地面20～100km的空域，在這一空間中，空氣含量相當(dāng)稀薄，對(duì)應(yīng)的壓強(qiáng)也相對(duì)很低，因此本系統(tǒng)中貧氧環(huán)境是模擬臨近空間相應(yīng)壓強(qiáng)的環(huán)境進(jìn)行考慮的。軍事專家們普遍認(rèn)為，開發(fā)和利用臨近空間必將成為作戰(zhàn)能力新的增長點(diǎn)，特別是臨近空間飛行器加入陸、海、空、天信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)后，必將對(duì)各國安全提出新的挑戰(zhàn)。目前，國內(nèi)外對(duì)臨近空間的研究主要集中在臨近空間飛行器的研究上，因此，準(zhǔn)確測(cè)量貧氧環(huán)境下材料的介電常數(shù)及損耗正切值對(duì)臨近空間飛行器材料的研究在軍事應(yīng)用中具有非常重要的價(jià)值，同時(shí)了解材料在貧氧環(huán)境不同工作溫度下的介電性能，對(duì)材料的應(yīng)用與設(shè)計(jì)也具有重大意義。

當(dāng)微波電介質(zhì)為低損耗材料時(shí)，通常采用的方法為諧振腔法。所用諧振腔可為帶狀線諧振器、圓柱形諧振腔、矩形諧振腔、準(zhǔn)光腔、螺旋線諧振腔等。對(duì)于要求電場(chǎng)極化方向平行于微波電介質(zhì)樣品表面的復(fù)介電常數(shù)的測(cè)試，常采用圓柱形諧振腔。根據(jù)工作模式的不同又可分為高Q諧振腔和TM_0n0模圓柱腔等。針對(duì)透波材料在微波波段的介電性能測(cè)試，應(yīng)用比較廣泛的測(cè)量方法是圓柱諧振腔法和準(zhǔn)光腔法。本發(fā)明采用的就是TM_0n0模圓柱腔。

Hutcheon.R.M利用圓柱形諧振腔的TM_0n0模式實(shí)現(xiàn)了對(duì)桿狀固體材料常溫到1500℃的復(fù)介電常數(shù)測(cè)試。臨近空間的氣溫、氣壓、氣象等環(huán)境與地面和航空航天空間都有所不同，這一空間對(duì)于飛機(jī)而言太高，對(duì)衛(wèi)星來說又太低。臨近空間飛艇蒙皮材料屬于高分子材料，在外力作用下表現(xiàn)出明顯的非線性黏彈性行為。它的本構(gòu)方程本身就很復(fù)雜，國內(nèi)外在此方面的研究不多。為此哈爾濱工業(yè)大學(xué)復(fù)合材料與結(jié)構(gòu)研究所的譚惠豐等人提出一種蒙皮材料非線性黏彈性本構(gòu)方程的冪函數(shù)疊加方法，可表示為：由此可見，其非線性黏彈性與材料的介電常數(shù)密切相關(guān)。

圓柱諧振腔可以被激勵(lì)起TE_mnp和TM_mnp諧振模式。對(duì)于圓柱諧振腔，TM_0n0模式的電場(chǎng)和磁場(chǎng)分別集中于圓柱諧振腔的中心軸附近和圓柱腔內(nèi)壁附近，因此TM_0n0模式適合測(cè)試桿狀材料復(fù)介電常數(shù)。諧振腔微擾法的基本概念是通過小樣品加載到諧振腔后造成諧振腔諧振頻率的偏移和Q值的減小。其中被測(cè)材料復(fù)介電常數(shù)的實(shí)部可以由諧振頻率變化求得，虛部可以由諧振腔Q值的改變求得。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種貧氧環(huán)境復(fù)介電常數(shù)高溫測(cè)試系統(tǒng)及測(cè)試方法，以實(shí)現(xiàn)微波介質(zhì)材料在貧氧環(huán)境下圓柱腔微擾法介電性能的高溫測(cè)試。為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供一種貧氧環(huán)境復(fù)介電常數(shù)高溫測(cè)試系統(tǒng)，用于使用圓柱腔微擾法進(jìn)行復(fù)介電常數(shù)測(cè)試，包括：

測(cè)試部分，包括圓柱諧振腔，圓柱諧振腔上方的儲(chǔ)氣缸、與儲(chǔ)氣缸連接的壓力檢測(cè)表和真空泵，圓柱諧振腔上設(shè)有未延伸到腔體中心的縫隙、與矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀相連接的耦合孔、用于放置樣品的中心通孔；

氣動(dòng)部分，包括氣動(dòng)裝置、由氣動(dòng)裝置的執(zhí)行端支撐的金屬支撐桿；

樣品導(dǎo)向部分，包括和儲(chǔ)氣缸連接、穿過圓柱振腔中心通孔并延伸到石墨管內(nèi)部的剛玉管加熱冷卻溫控部分，包括感應(yīng)加熱設(shè)備、剛玉管下方同軸設(shè)置的石墨管、石墨管外部的氧化鋁陶瓷磚套筒、熱電偶、與熱電偶連接的溫控表、金屬支撐桿和熱電偶從石墨管下方插入石墨管內(nèi)部，纏繞在氧化鋁陶瓷磚套筒外部的感應(yīng)圈、水冷系統(tǒng)，感應(yīng)圈通過連接孔與感應(yīng)加熱設(shè)備連接，水冷系統(tǒng)通過水冷孔與感應(yīng)圈連接，感應(yīng)加熱設(shè)備和水冷系統(tǒng)連接；

濃度壓力及溫控部分，包括儲(chǔ)氣缸、連接于儲(chǔ)氣缸上的氧氣濃度檢測(cè)儀和氮?dú)鉂舛葯z測(cè)儀、與儲(chǔ)氣缸連通的氣體發(fā)生器。

作為優(yōu)選方式，所述圓柱諧振腔，由上下兩個(gè)端蓋組成，圓柱腔上端蓋開了八條未延伸到腔體中心的貫穿上端蓋的縫隙，并且上端蓋上具有兩個(gè)貫穿上端蓋的耦合孔、一個(gè)用于放置樣品的中心通孔，兩個(gè)耦合孔通過電纜與矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀相連接。此結(jié)構(gòu)能很好的抑制高次模，提高諧振腔的Q值從而使測(cè)試結(jié)果更準(zhǔn)確。開縫過少，干擾模式抑制不掉，開縫過多可能會(huì)對(duì)工作模式的影響過大。