X波段准光腔材料的测定方法及其介电常数测量方法技术

本发明专利技术公开一种X波段准光腔材料的测定方法，该测定方法包括如下步骤：1)根据准光腔腔体材质或镀层材质确定趋肤深度；2)根据准光腔品质因数和趋肤深度Q确定腔长D取值范围；3)根据准光腔曲率因子和本征谱线纯度确定球面镜曲率半径R取值范围；4)确定准光腔球面镜口径A1为350mm；5)确定准光腔平面镜直径A2为250mm；6)确定准光腔的信号耦合性，所述准光腔的球面镜顶端与耦合波导的底端固定连接。该测量方法简单便捷，测量准确度较高。

【技术实现步骤摘要】
X波段准光腔材料的测定方法及其介电常数测量方法
本专利技术涉及一种准光腔材料介电常数测量方法，特别是涉及一种X波段准光腔材料的测定方法及其介电常数测量方法。
技术介绍
准光腔法以非破坏性、适于小损耗材料高精度测量等优点在毫米波频段被广泛采用。在厘米波频段测量小损耗材料广泛采用封闭谐振腔，但该方法对材料加工要求严格，不易实现温度环境模拟，且决定小损耗测量能力的品质因数很难超过1万。准光腔法基本原理是通过比较被测材料放入前后谐振频率或腔长、品质因数的变化，结合被测材料厚度、初始腔长等参数，推导出介电常数和损耗角正切。准光腔测量属于谐振腔法，具有多值特点，且测量精度与谐振频率、被测样品厚度密切相关。只有谐振频率、被测样品厚度都选择合适才能得到足够高的测量精度。这就要求测量前需要知道被测样品介电常数的估计值，才能根据测量频率设计出合适的样品厚度，得到准确唯一的介电常数测量结果。但大多数情况下，被测样片的介电常数未知，如何设计被测样品厚度才能得到高准确度的介电常数测量结果。传统的解决方法是通过测量两个不同厚度的被测样品确定其介电常数。但经过理论验证该方法不仅麻烦，而且不能完全有效的解决介电常数多值问题。采用准光腔测量材料介电常数时，通常要求被测样品放入准光腔后的谐振频率偏移量小于相邻模式的频率间隔。实际测量过程中，相邻模式的频率间隔一般为几百兆赫兹，如果被测样品介电常数较大或厚度较厚，则放入准光腔后引起的频偏将大于相邻模式的频率间隔，寻找与空腔模式相同的有载模式变得十分困难。传统测量方法限制介电常数在很小的一个可测量范围。
技术实现思路
针对以上现有技术的不足，本专利技术提供一种X波段准光腔材料的测定方法及其介电常数测量方法，已提高X波段准光腔的品质因数，同时能够实现X波段小损耗材料介电常数的高精度测量。本专利技术采用下述技术方案：X波段准光腔材料的测定方法，该测定方法包括如下步骤：1)根据准光腔腔体材质或镀层材质确定趋肤深度；2)根据准光腔品质因数和趋肤深度Q确定腔长D取值范围；3)根据准光腔曲率因子和本征谱线纯度确定球面镜曲率半径R取值范围；4)确定准光腔球面镜口径A1为350mm；5)确定准光腔平面镜直径A2为250mm；6)确定准光腔的信号耦合性，所述准光腔的球面镜顶端与耦合波导的底端固定连接。进一步，所述腔体材质采用黄铜时，在8.2GHz～12.4GHz频率范围，趋肤深度δ＝(1.14～1.4)um；所述品质因数Q大于8万时，由式(1)得到D大于224.4mm，选取D＝250mm；D＞2δQ(1)所述球面镜曲率半径R∈[320mm,333mm]；所述耦合波导的耦合孔之间设置有0.5mm的缝隙。X波段准光腔材料测量介电常数的方法，该方法包括如下步骤：1)在X波段准光腔工作频段内等间隔选择多个测试频点；2)对所述多个测试频点下，被测样品进行介电常数测量，得到各个介电常数结果；3)将所述各个介电常数结果进行描点，得到介电常数的起伏曲线；4)取所述起伏曲线的中心值，该中心值即为被测样品最终介电常数结果。本专利技术的有益效果如下：本专利技术提出一种新的X波段准光腔测量方法，新的测量方法简单便捷，测量准确度较高，为准光腔法的应用开拓了新的测量思路。本专利技术提出的一种多模式组合测量方法，拓展了介电常数的可测量范围，增强了该方法的可用性。附图说明下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的说明。图1(a)示出准光腔球面镜俯视图；图1(b)示出耦合波导底端仰视图；图1(c)示出耦合波导侧视图。图2示出耦合波导与球面镜位置示意图；图3示出准光腔不同模式下多个谐振频率图。具体实施方式为了更清楚地说明本专利技术，下面结合优选实施例和附图对本专利技术做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本专利技术的保护范围。本专利技术提供一种X波段准光腔，品质因数最高达5万以上，实现X波段(8.2GHz～12.4GHz)小损耗材料介电常数的高精度测量；同时提出一种新的X波段准光腔测量方法，当介电常数未知时，通过测量一块任意厚度的被测样品得到其介电常数真值；还提出了一种多模式组合测量方法，拓展了介电常数的可测量范围。本专利技术解决了X波段小损耗材料介电常数的高精度测量问题，为其它厘米波频段小损耗材料介电常数的测量提供参考依据。新的测量方法简单便捷，测量准确度较高，为准光腔法的应用开拓了新的测量思路。多模式组合测量方法拓宽了准光腔的测量范围，增强了该方法的可用性。X波段准光腔采用传输式半对称结构，X波段准光腔材料的测定方法包括如下内容。1)根据腔体材质或镀层材质计算趋肤深度,本专利技术采用黄铜加工准光腔，在8.2GHz～12.4GHz频率范围，趋肤深度δ＝(1.14～1.4)um。2)根据品质因数Q确定目标推出腔长D取值范围，拟设计Q大于8万，由式(1)得到D大于224.4mm，选取D＝250mm。D＞2δQ(1)3)根据曲率因子和本征谱线纯度确定球面镜曲率半径R取值范围。首先，曲率因子一般取值(0.2,0.6)，即可以推出R∈[312.5mm,625mm]。准光腔工作在TEM00q模式，其相邻的两个高次模分别为TEM10(q-1)、TEM11(q-1)。或因此R取值区间[250mm,333mm]才能保证得Δf1和Δf2都尽可能大，此时R应取值[312.5mm,333mm]。由于D取值与R相关，为了减小系统尺寸，综上R的区间下限取整320mm。3)设计球面镜口径A1为350mm。选择A1为5倍的束半径，即可有效的限制高次模的产生，又保证准光腔工作TEM00q模式。4)设计平面镜直径A2为250mm。选择A2为5倍波束宽度。5)信号耦合设计。准光腔采用小孔耦合传输信号。壁厚一般选择为0.5mm，耦合孔直径3.8mm，耦合孔间距11.16mm。该专利技术大胆的提出了将球面镜中心位置的球顶移至耦合波导上，且与耦合波导成为一体，并且两耦合孔中间切割出0.5mm的缝隙，与输入和输出两个波导口间的波导壁焊接，从硬件结构上隔绝了两波导之间的泄漏。该结构如图1所示，图1(a)为准光腔球面镜俯视图，其圆顶处圆孔与耦合波导装配；图1(b)为耦合波导底端仰视图；图1(c)为耦合波导侧视图。这种结构较常见耦合波导结构大大降低耦合波导两个波导口之间的泄漏耦合，经过校准后系统动态可达到120dB。如图2所示，由于品质因数对耦合波导与球面镜配合的位置十分敏感，按照设计理论，耦合孔1应该位于球面镜2的顶点，但由于耦合波导3与球面镜分体加工，耦合波导底部是平面，该平面与球面镜的配合通常不能刚好位于球面镜的顶点位置。这需要将耦合波导长度稍稍变短，如图2所示，实施例中耦合波导从位置4处变到位置5处。虽然位置4和位置5之间差别很小，仅为几百微米，不超过1mm，但这点差距对品质因数的影响却非常剧烈。经过试验证明耦合波导与球面镜配合在位置2处最合适。确定好耦合波导与球面镜的位置后，X波段准光腔设计完成。配合网络分析仪、控制平台等可开展8.2GHz～12.4GHz频率范围小损耗材料介电常数的高精度测量，损耗角测量能力达2E-5以上。本专利技术还提供一种X波段准光腔测量方法。当测量介电常数未知的某被测样品时，在X波段全带宽内等间隔选择本文档来自技高网...

【技术保护点】
X波段准光腔材料的测定方法，其特征在于，该测定方法包括如下步骤：1)根据准光腔腔体材质或镀层材质确定趋肤深度；2)根据准光腔品质因数和趋肤深度Q确定腔长D取值范围；3)根据准光腔曲率因子和本征谱线纯度确定球面镜曲率半径R取值范围；4)确定准光腔球面镜口径A1为350mm；5)确定准光腔平面镜直径A2为250mm；6)确定准光腔的信号耦合性，所述准光腔的球面镜顶端与耦合波导的底端固定连接。

【技术特征摘要】
1.X波段准光腔材料的测定方法，其特征在于，该测定方法包括如下步骤：1)根据准光腔腔体材质或镀层材质确定趋肤深度；2)根据准光腔品质因数和趋肤深度Q确定腔长D取值范围；3)根据准光腔曲率因子和本征谱线纯度确定球面镜曲率半径R取值范围；4)确定准光腔球面镜口径A1为350mm；5)确定准光腔平面镜直径A2为250mm；6)确定准光腔的信号耦合性，所述准光腔的球面镜顶端与耦合波导的底端固定连接使得所述球面镜中心位置的球顶位于所述耦合波导上且与所述耦合波导成为一体，所述耦合波导的两个耦合孔中间切割出0.5mm的缝隙，该缝隙与输入和输出两个波导口间的波导壁焊接。2.根据权利要求1所述的X波段准光腔材料的测定方法，其特征在于，所述腔...

【专利技术属性】
技术研发人员：张娜，成俊杰，张国华，高春彦，杨初，
申请(专利权)人：北京无线电计量测试研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11