[發明專利]一種測量介電常數的可調諧同軸諧振腔

有效

• 申請號: 202110335060.9
• 申請日: 2021-03-29
• 公開（公告）號: CN113092872B
• 公開（公告）日: 2022-03-08
• 發明（設計）人: 白明;冷凝;馬遼
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01R27/26
• 分類號: G01R27/26;H01P7/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種測量介電常數的可調諧同軸諧振腔。該設計可通過調節腔蓋的位置調整腔體長度改變諧振腔的諧振頻率，根據諧振腔諧振時存在多個分立頻點的特性，可實現在大頻率范圍測量介電常數。并且將同軸諧振腔的內導體拆分為螺紋連接的兩段式結構，調節副內導體的位置，改變同軸諧振腔內局部內外導體的半徑比，從而改變同軸諧振腔中局部電抗，使同軸諧振腔的品質因數發生變化，可將不同諧振頻率的品質因數調整至最大。本發明擴展了傳統諧振法測量介電常數的頻率范圍，提升了同軸諧振腔的測試性能，具有很強的實用性。

技術領域

本發明屬于介電常數測量領域，具體涉及一種測量介電常數的可調諧同軸諧振腔。

背景技術

介電常數是物質的基本電磁參數，材料的微波介電常數是微波電路設計，微波天線研制等技術領域的重要基礎參數，其測量方法也是重要的關鍵技術。目前比較常用的介電常數測量方法主要有集總電路法、傳輸線法、諧振法、自由空間法、六端口測量技術等等。集總電路法測量頻段較低且不適用于低損耗的材料；傳輸線法適用于任何頻段，測量精度高，但在求解過程中存在多值問題，需要對測試樣品介電常數的初值進行估計，且對測試樣品的形狀有尺寸要求；諧振法操作簡便，測量準確，但只能在分立的頻點進行測量，對損耗角正切的測量誤差較大，更適用于測量低損耗材料；自由空間法測量頻帶寬，適用于測量高損耗材料，但成本較高；六端口測量技術成本低廉，測量準確，但目前沒有成熟的標準。

以上常用的介電常數測量方法可測量均勻樣品的介電常數，但是難以測量樣品的局部介電常數。C.Gao等人曾發表“Quantitative microwave near-field microscopy ofdielectric properties”，Review of Scientific Instruments 69,3846(1998)，以λ/4電容加載同軸諧振腔為主要結構制成的微波近場掃描顯微鏡，不僅可以實現介質表面的成像，也能獲得物體局部微區的介電常數變化，并且提出鏡像電荷法模型分析探針針尖與樣品間的相互作用。將探針針尖與樣品間的相互作用等效為局部電容，當樣品的介電常數或探針與樣品間的相對距離發生變化時，等效局部電容也會發生變化，使該諧振腔的諧振頻率及品質因數發生變化，這一變化可使用諧振腔的微擾理論進行分析反演待測樣品局部的介電常數。

λ/4電容加載同軸諧振腔的腔體長度一般為基模諧振頻率下波長的四分之一。在此模式下進行測量即可獲得此頻點的物質介電常數，在目前已知的設計中，此頻率一般在1-2GHz之間。實際上根據諧振腔理論，只要滿足諧振腔內部模式為TEM模諧振頻率都可以作為測試頻率，這些諧振頻率通常為基模諧振頻率的奇數倍，因此可以實現固定的諧振腔在多個分立頻點的測試。

另一方面，這種固定結構設計確定了系統的分立的可測試頻點，包括這些分立頻點的品質因數，在實際應用中受到一定的局限。為了能夠大幅擴展可測試頻率范圍和提高介電常數測量精度，本發明提出了同軸諧振腔的可調機構，能夠調節擴充可測試頻率點范圍，并且能夠調節改善測量頻點的品質因數，實現大頻率范圍高精度的介電常數測試。

發明內容

本發明的目的在于，提出了一種測量介電常數的可調諧同軸諧振腔，該可調諧同軸諧振腔通過探針測量物質局部的介電常數，解決了傳統介電常數測量方法無法測量樣品局部微區介電常數的問題；調整該可調諧同軸諧振腔的腔蓋位置，可以改變該可調諧同軸諧振腔的基模諧振頻率，再利用諧振腔多諧的特性，可以在不同頻段內的多個可調頻點測量物質介電常數，解決傳統諧振法只能在固定的分立頻點測量介電常數的問題；同時，調整副內導體的位置，可調節不同測試頻點的品質因數至最佳，提升該可調諧同軸諧振腔的測試精度，解決以往諧振腔因機械加工誤差及射頻連接器存在縫隙等情況導致品質因數下降的問題。

為實現上述目的，本發明的具體方案如下：包括同軸諧振腔，兩段式可調節內導體；固定探針位置的石英凸臺結構；“L”形內導體固定背板；饋電圓環；SMA連接器；腔蓋：

所述同軸諧振腔用于在工作頻率下產生諧振；