[發明專利]一種高損耗材料微波介電性能的高精度測試方法

有效

• 申請號: 202010006812.2
• 申請日: 2020-01-03
• 公開（公告）號: CN111157802B
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發明（設計）人: 向鋒;熊剛;李建壯;張波;郭永釗;董亦鵬
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01R27/26
• 分類號: G01R27/26
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 王艾華

本發明公開了一種采用電場對稱結構測量高損耗材料微波介電性能的方法，在傳統諧振法的基礎上，采用具有電場對稱結構的微擾法，主要由以下結構組成：TE₀₁₁模式金屬諧振腔體、高Q值的圓環形TE₀₁₁模式介質諧振器、耦合調節裝置和圓形長棒狀待測試樣。通過TE₀₁₁模式環形諧振器和金屬諧振腔體，可將測試頻率限定于某一個特定頻率范圍。測試過程中，將圓形長棒狀待測試樣放入圓環形TE₀₁₁模式介質諧振器中，可讓被測樣品更好地處于金屬諧振腔體軸心位置，減小位置偏移帶來的誤差，保證了電場結構為對稱結構，改善了兩種不同電性能材料界面處的電場分布均勻性，可有效提高介電性能的測試精度。

技術領域

本發明屬于微波介電性能測試技術領域，包括但不限于高介電損耗材料及其在變溫條件下微波介電性能的測試。

背景技術

隨著微波技術的發展，以吸波材料為代表的高介電損耗材料在航空航天、電磁污染等領域的應用日趨廣泛，在很多實際應用場合中需要精確的介電性能進行仿真、設計，但高介電損耗材料在微波頻段介電性能的精確測試一直是個難題。

當前高介電損耗材料微波介電性能的測試方法主要以傳輸/反射法為主，代表性方法有自由空間法、波導法、同軸空氣線法等，這些方法在測試過程中由于相位測試的敏感性導致測試精度較低，僅能大致的反映出材料介電性能隨頻率的變化趨勢。而傳統的、能精確測試微波介電性能的諧振法不適用于高介電損耗材料，這是因為高介電損耗材料會導致諧振峰衰減嚴重甚至消失，給諧振頻率及品質因數的測量帶來極大困難。另一方面，雖然現有方法中有利用圓柱金屬諧振腔來測量高損耗材料的微波介電性能，但是這種方法直接采用實心圓柱陶瓷作為參考樣品，將片狀待測樣品直接放置陶瓷之上，并用石英單晶作為支架。這種結構的問題是：在實測過程中無法保證陶瓷參考樣品及待測樣品處于腔體幾何中心，隨之帶來的問題是該結構僅在豎直方向具有對稱性，而在饋電軸線方向不具備完全對稱性，因而會使得兩種不同電性能材料界面處的電場分布不均勻，從而影響諧振腔內電磁場分布，給諧振頻率及品質因數的測量帶來誤差，無法實現高損耗電介質材料微波介電性能的精確測量。

發明內容

本發明的目的是提供一種采用電場對稱結構精確測量高介電損耗材料微波介電性能的方法，該方法具有精度高、效率高、易實現變溫測試的特點。

本發明在傳統諧振法的基礎上，采用具有電場對稱結構的微擾法，主要由以下結構組成：TE₀₁₁模式金屬諧振腔體、高Q值的圓環形TE₀₁₁模式介質諧振器、耦合調節裝置和圓形長棒狀待測試樣。通過TE₀₁₁模式環形諧振器和金屬諧振腔體，可將測試頻率限定于某一個特定頻率范圍。測試過程中，將圓形長棒狀待測試樣放入圓環形TE₀₁₁模式介質諧振器中，可讓被測樣品更好地處于金屬諧振腔體軸心位置，減小位置偏移帶來的誤差，保證了電場結構為對稱結構，改善了兩種不同電性能材料界面處的電場分布均勻性，可有效提高介電性能的測試精度。

本發明的測量高介電損耗材料微波介電性能的方法，要求樣品為圓形長棒狀樣品、高度與高Q值圓環形介質諧振器的高度相同、直徑不超過3mm。一般可選擇樣品直徑為3mm，當測試未出現明顯諧振峰時，適當減小樣品直徑至出現諧振峰為止。

本發明采用如下技術方案實現：

本發明使用TE模式金屬諧振腔體進行測試，諧振腔工作模式選定為TE₀₁₁，具體測試步驟如下：

(1)設置起始頻率、掃描點數，校準網絡分析儀及同軸線纜。

(2)采用高Q值的TE₀₁₁模式環形陶瓷諧振器，并放置于TE₀₁₁模式金屬諧振腔體中的低介電常數介質支撐體上方正中心，用網絡分析儀測試并尋找TE₀₁₁工作模式諧振峰，記錄諧振頻率f₀及品質因數Q₀。