[發明專利]一種微波材料介電常數及電調率的測試裝置及方法

在審

• 申請號: 201611206277.5
• 申請日: 2016-12-23
• 公開（公告）號: CN106841816A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發明（設計）人: 李厚榮;樊心民;張建心;黃小東;張彭
• 申請（專利權）人: 濰坊學院
• 主分類號: G01R27/26
• 分類號: G01R27/26
• 代理公司: 濟南舜源專利事務所有限公司37205
• 代理人: 李江,張儉偉

技術領域

本發明涉及一種介電常數及電調率的測試裝置，尤其涉及一種

微波材料介電常數及電調率的測試裝置及方法。

背景技術

材料的介電常數是介質材料最重要的一項參數之一，它直接反映出了介質材料的電磁特性，一直以來對介電常數的測量工作都被微波領域的廣大工作者所重視。

國內外對介質材料微波特性的研究也比較多。介電常數的測試隨著介質材料的廣泛應用具有越來越重要的應用意義。

介電常數可調材料在可調微波器件、天線中具有重要的應用價值，如鐵電陶瓷材料。在微波工程領域，鐵電陶瓷的應用研究受到了廣泛的關注。鐵電陶瓷具有自發極化的特點，在外加電場的作用下，自發極化能夠重新取向，相應的介電常數也會發生改變。

在鐵電陶瓷材料的研究中，比較關注的就是鐵電陶瓷的介電常數和電調率。電調率表征了鐵電陶瓷材料介電常數在外加偏置電壓下的變化率。

在材料微波電磁參數的測試研究中，因被測材料的外形尺寸不同、電氣參數不同、物理狀態不同、使用頻段不同等，使得所用的測試方法和測試系統種類繁多，以滿足各種測試材料的測試要求。不同的測試方法都有自身的測試適用范圍和自身的優缺點。

介質材料電磁參數測量的方法有很多種，例如電容法，諧振腔體微擾法，波導傳輸法，介質諧振器法。

電容法一般適用于低頻測量，通過測量所設計結構的電容值來計算材料的介電常數。波導傳輸法和諧振腔體微擾法可用來測量微波頻段材料的介電常數，然而這兩種測量方法中的金屬外壁是相連的，因此無法進行高電壓偏置。

介質諧振器法是通過測量圓柱體的本征諧振模式來反算材料的介電常數，其中最常用的是平行板介質諧振法。

在傳統的平行板介質諧振法中，同軸探針放置于金屬平行板中間，若對金屬平板施加高電壓，則會導致金屬平板與探針之間的放電效應，因此該方法不適用于測量高壓偏置下材料的介電常數。

發明內容

本發明要解決的技術問題是為克服上述技術缺陷，提供一種高電壓偏置下材料介電常數及電調率的測試裝置，該裝置能夠消除金屬平板與探針之間的放電效應，該裝置能夠測量高壓偏置下材料的介電常數及其電調率，同時測量精度高。

本發明還提供了一種微波材料介電常數及電調率的測試方法。

本發明采用以下技術方案，一種微波材料介電常數及電調率的測試裝置，包括平行設置的上金屬平板及下金屬平板，上金屬平板與下金屬平板之間設有介質諧振器,所述下金屬平板的兩端分別設有一個由金屬板圍成的矩形的空腔，空腔位于下金屬平板的下方，每個空腔內設有同軸饋電探針。

以下是本發明的進一步改進：

所述介質諧振器為已知介電常數的空心圓柱體。

進一步改進：

已知介電常數的空心圓柱體壓緊在上金屬平板與第二金屬平板之間。

進一步改進：

已知介電常數的空心圓柱體為氧化鋁陶瓷，所述氧化鋁陶瓷的介電常數為9-10之間，其介質損耗角小于0.001。

進一步改進：

兩個同軸饋電探針與矢量網絡分析儀電連接，上金屬平板及下金屬平板之間電連接高壓發生器。

進一步改進：

圍成空腔的金屬板包括第一側板、第二側板及底板，第一側板一體連接在下金屬平板的端部，第一側板與下金屬平板垂直設置，第一側板的下端一體連接有底板，底板與第一側板垂直設置，底板上遠離第一側板的一端一體連接有第二側板，第二側板與底板垂直設置，第一側板、第二側板與底板之間形成空腔；

所述第二側板上遠離底板的一端一體連接有頂板，頂板與第二金屬平板在同一平面上。

進一步改進：

矢量網絡分析儀的兩個射頻端口分別接到測量裝置的同軸饋電探針，分別作為射頻接受與發射端。

進一步改進：

高壓發生器的地端連接到下金屬平板上作為整個裝置的地端，這可以保證在測量中矢量網絡分析儀始終處于零電勢，進而確保測試的安全性。

一種微波材料介電常數及電調率的測試方法，包括如下步驟：

a、將待測材料制成圓柱形，形成待測圓柱型材料，將待測圓柱型材料放置在已知介電常數的空心圓柱體內，設置待測圓柱型材料的外徑與已知介電常數的空心圓柱體的內徑一致，待測圓柱型材料的高度與已知介電常數的空心圓柱體的高度一致；

b、高壓發生器接通并產生高壓， 在下金屬平板與上金屬平板之間形成直流電場， 該電場可改變待測圓柱型材料的介電常數，通過矢量網絡分析儀測量介電常數；