用于抑制准光腔简并高次模的样品台及测试方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种用于抑制准光腔简并高次模的样品台及其测试方法和应用，包括介质基板，介质基板中心设有圆形金属覆层，金属覆层上刻有微波匹配电路结构，微波匹配电路结构为圆形金属覆层圆心两侧对称设置的两条平行于TEM00q模式电场方向的缝隙，金属覆层厚度大于工作频点电磁波的趋肤深度，介质基板材料的损耗角正切值高于1e‑4，本发明专利技术能够在保证不影响TEM00p模的前提下，使TEM00p模附近的非TEM00p模造成不匹配而无法激励出谐振现象，能够将其能量通过高损耗基板将其消耗掉，进而能够将频谱对应TEM00p模出现的双峰改进为对称的单峰，在使用准光腔法测试复介电常数时，TEM00p模对应Q值的测试更为真实，提高准光腔法测待测材料损耗的精度。

A sample table for suppressing the degenerate high order modes in a quasi optical cavity and its test method and Application

【技术实现步骤摘要】
用于抑制准光腔简并高次模的样品台及测试方法和应用
本专利技术属于微波
，具体涉及一种用于准光腔中TEM00p模式测复介电常数的样品台、测试方法及应用。
技术介绍
TEM00p模的准光腔是一种微波谐振器，可以用于介质材料的宽频带复介电常数测量，该技术具有快速、宽频、准确可靠等特性，具有一定的实用性。其工作模式为TEM00p模式，具有场结构简单、稳定、无色散、工作频带宽等优点。常见的准光腔测试系统由一个反射面和一个样品台构成，反射面上设置有单个或者两个耦合孔，分别用于单端口测试或者双端口测试，通过在耦合孔中插入耦合环对准光腔进行馈电激励，使其产生谐振。选取不同的p，可以获得不同的谐振频率，从而可以得到多个TEM工作模式，即利用一个谐振器就可以实现多个模式，在较宽频带范围内覆盖多个离散的工作频点。现有样品台与反射面为一体化设计，采用铝块制成，在样品台中心有一块圆形台阶，用于放置待测样品，同时也是反射面，凸起部分的圆心与样品台中心重合，直径与待测样品直径相同，在样品台四角有四个圆形固定孔，用于将样品台固定于准光腔下表面。由于样品台完全用金属材料制成，非台阶部分也能形成反射，容易激励出高次模，干扰自动化测试时，模式的自动试别。其完整的圆形反射面结构也会滋生出与主模频率非常接近的简并高次模，导致主模Q值测试不准确，影响测试精度。准光腔法测介质的复介电常数，选用的工作模式为TEM00p模式。利用加载待测材料前后两次的谐振频率与Q值，通过计算可以推算出待测材料的复介电常数。但由于实际过程中，由于反射面和样品台之间的不匹配作用，会激励出大量的非TEM00p模的谐振模式，特别是在高频段，会出现与TEM00p模谐振频率特别相近的非TEM00p谐振模式，从而在频谱上会出现双峰形，实际测量的Q值将会是TEM00p模与几乎同频率的非TEM00p模共同作用下的Q值结果，而非TEM00p模的场分布通常非常复杂，而无法通过计算推导得到。通常情况下是忽略其影响，但是在一些低损耗介质材料的损耗测量中，会导致相对误差较大。在B.Komiyama的文章《OpenResonatorforPrecisionDielectricMeasurementsinthe100GHzBand》一文中，介绍了通过在TEM00q模式下测出复介电常数，主要求解特征方程其中d＝D-t即可得到n的值，而即得到介电常数。而损耗部分可以通过公式其中D为等效半径，t为待测样品的厚度，fs为加载样品之后的谐振频率，Q0和Qs分别为样品加载前后，对应谐振模式的Q值。通过求解特征方程和损耗方程，即可求得复介电常数。由推到公式可以看出，样品损耗的大小与样品加载前后的Q值有关，而对准光腔Q值的测试准确度直接影响到损耗的测试精度。而在高频的情况下，在TEM00p模工作模式附近存在着与其频率非常接近的非TEM00p模式，会导致无法准确测得在TEM00p模式下的Q值，严重影响着待测样品的损耗测试精度。因此如何在不影响工作模式的情况下，将TEM00p模式附近的非TEM00p模抑制掉，得到一个对称的单峰形，成为了准光腔超宽频带高精度测复介电常数的一个关键难题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于抑制准光腔简并高次模，提高测试精度的准光腔样品台，以及使用所述样品台进行复介电常数测试的方法，以及所述用于抑制准光腔简并高次模的样品台在测试复介电常数方法中的应用。为实现上述专利技术目的，本专利技术技术方案如下：一种用于抑制准光腔简并高次模的样品台，包括介质基板4，所述介质基板4中心设有圆形金属覆层3，所述金属覆层3上刻有微波匹配电路结构1，所述微波匹配电路结构1为圆形金属覆层3圆心两侧对称设置的两条平行于TEM00q模式电场方向的缝隙，介质基板上设有圆形固定孔2，固定孔2用于通过紧固件将样品台固定在准光腔上，所述金属覆层3厚度大于工作频点电磁波的趋肤深度，介质基板4材料的损耗角正切值高于1e-4。作为优选方式，介质基板4为厚度大于2mm的FR-4硬质介质基板。作为优选方式，金属覆层3表面设有镀银层。作为优选方式，固定孔2为4个，对称设置于介质基板4的四角。作为优选方式，金属覆层3为直径50mm的圆形，金属覆层3圆心两侧平行于TEM00q模式电场方向对称开有两条宽度为0.3mm的缝隙，每条缝隙中点距离圆心垂直距离为5mm。上述优选外径与缝隙宽度是基于对TEM00p模式的场分布以及HFSS软件仿真结果分析得到，若外径过大，则会激励出更多的非TEM00p模式，若外径过小，则会导致低频时对应反射板不满足最小反射半径。缝隙宽度若过大，则会影响TEM00p模，过小则会使匹配效果不佳。作为优选方式，金属覆层3表面的镀银层厚度大于介质谐振器工作频点电磁波的趋肤深度，镀银层的表面粗糙度优于7级。上述优选方式基于镀银层的导电性能好、耐磨、防氧化等优点，可以很好的保护底层的铜，提高性能和使用寿命。为实现上述专利技术目的，本专利技术还提供一种使用上述样品台进行复介电常数测试的方法，包括如下步骤：(1)将样品台固定在准光腔上，先通过测试空腔的TEM00p工作模式的谐振频率与Q值，对腔体进行空腔校准；(2)将待测材料加工为与样品台表面金属覆层的直径相同，将待测样品置于金属覆层表面，并与其重合；(3)测出加载样品之后的TEM00p工作模式的谐振频率与Q值，通过求解特征方程进而获得复介电常数的值；样品台表面刻有微波匹配电路结构，使TEM00p模式附近的非TEM00p模式由于不匹配而抑制掉，进而使TEM00p模工作频率附近的频谱恢复为仅有TEM00p模引起的真实的对称单峰，使其满足求解复介电常数过程中，仅采用TEM00p模场分布进行推导的前提，使测试结果与计算公式匹配，提高采用准光腔法复介电常数测试的精度。为实现上述专利技术目的，本专利技术还提供一种所述用于抑制准光腔简并高次模的样品台在测试复介电常数方法中的应用。准光腔的样品台采用硬质介质基板制作，主要优点有：加工方便，费用低，精度高，方便在样品台上做微波匹配电路结构。金属覆层既作为短路板又作为样品台，在金属覆层上设计有匹配TEM00p模的电路结构，使TEM00p模有较好的匹配。并且使频率靠近TEM00p模的非TEM00p模形成不匹配，而无法激励或激励出来的能量被辐射到基板背面。本专利技术的有益效果是：采用上述方案，能够在保证不影响TEM00p模的前提下，使TEM00p模附近的非TEM00p模造成不匹配而无法激励出谐振现象，并且能够将其能量通过高损耗基板将其消耗掉，进而能够将频谱对应TEM00p模出现的双峰改进为对称的单峰。在使用准光腔法测试复介电常数时，TEM00p模对应Q值的测试更为真实，而提高准光腔法测待测材料损耗的精度。附图说明图1样品台上视图。图2为现有技术中的样品台在50GHz附近主模测试结果图，出现高次简并模本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于抑制准光腔简并高次模的样品台，其特征在于：包括介质基板(4)，所述介质基板(4)中心设有圆形金属覆层(3)，所述金属覆层(3)上刻有微波匹配电路结构(1)，所述微波匹配电路结构(1)为圆形金属覆层(3)圆心两侧对称设置的两条平行于TEM00q模式电场方向的缝隙，介质基板上设有圆形固定孔(2)，固定孔(2)用于通过紧固件将样品台固定在准光腔上，所述金属覆层(3)厚度大于工作频点电磁波的趋肤深度，介质基板(4)材料的损耗角正切值高于1e-4。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于抑制准光腔简并高次模的样品台，其特征在于：包括介质基板(4)，所述介质基板(4)中心设有圆形金属覆层(3)，所述金属覆层(3)上刻有微波匹配电路结构(1)，所述微波匹配电路结构(1)为圆形金属覆层(3)圆心两侧对称设置的两条平行于TEM00q模式电场方向的缝隙，介质基板上设有圆形固定孔(2)，固定孔(2)用于通过紧固件将样品台固定在准光腔上，所述金属覆层(3)厚度大于工作频点电磁波的趋肤深度，介质基板(4)材料的损耗角正切值高于1e-4。


2.根据权利要求1所述的用于抑制准光腔简并高次模的样品台，其特征在于：介质基板(4)为厚度大于2mm的FR-4硬质介质基板。


3.根据权利要求1所述的用于抑制准光腔简并高次模的样品台，其特征在于：金属覆层(3)表面设有镀银层。


4.根据权利要求1所述的用于抑制准光腔简并高次模的样品台，其特征在于：固定孔(2)为4个，对称设置于介质基板(4)的四角。


5.根据权利要求1所述的用于抑制准光腔简并高次模的样品台，其特征在于：金属覆层(3)为直径50mm的圆形，金属覆层(3)圆心两侧平行于TEM00q模式电场方向对称开有两条宽度为0.3mm的缝隙，每条...

【专利技术属性】
技术研发人员：龙嘉威，余承勇，李恩，涂一航，李亚峰，高冲，高勇，张云鹏，郑虎，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51