材料介电常数宽频带测试结构及其测试方法技术

本发明专利技术公开了一种材料介电常数宽频带测试结构及其测试方法，适用于低介电常数(小于10)、低损耗片状材料的复介电常数测量，实现了单腔宽频的复介电常数测量，其包括两个同轴转接头、圆波导谐振腔、第一样品口、第二样品口、第三样品口、第一片状待测材料、第二片状待测材料、第三片状待测材料。测试频段为0.7

【技术实现步骤摘要】
材料介电常数宽频带测试结构及其测试方法


[0001]本专利技术涉及微波材料测试的
，尤其是指一种基于圆波导谐振腔的材料介电常数宽频带测试结构及其测试方法。

技术介绍

[0002]基于片状介质材料的微波性能的优越性，目前已广泛应用在军事和民用通信领域，同时也是微波器件必不可少的基础材料；介质材料的相对复介电常数和损耗角正切作为合格材料的重要指标，极大影响着微波器件的性能；随着当今5G通信的深入发展，面向5G
‑
Sub6GHz应用(0.7
‑
10GHz)的高精度低损耗微波数据采集装置的研发为大势所趋。
[0003]现对电磁参数测试进行了以下调查了解：
[0004]电介质材料微波性能测试方法可大致分为集总参数法和场的方法，由于集总参数法测试精度较低，目前运用较多的是场的方法；场的方法又可以分为非谐振法和谐振法，在非谐振法中，材料的微波性能主要是由传输线的阻抗、网络参数和材料中波速等推导得到，可用于宽频率范围内材料的电磁参数测试；将根据谐振频率F和品质因数Q计算复介电常数的方法统称为谐振法，包括了谐振腔微扰法、平面电路谐振法、模式匹配法、精确场解法、有限元法等，其中谐振腔微扰法得益于谐振腔内场对称性好、结构简单和高精度等优点，目前更是得到广泛的应用。本专利技术使用的方法便是圆波导谐振腔微扰法。
[0005]但是，由于圆波导谐振腔最低模式为TM
010
模，欲使该模式的谐振频率覆盖至1GHz以下，按照圆柱腔的模式谐振频率计算公式可知其半径势必会增大，圆柱谐振腔半径的增大会在0.7
‑
10GHz频段内引入更多的模式，尤其在高频段将难以区分工作模式和干扰模式，对实际测试造成很大的影响，会引起很大的测试误差，因此，目前市场上测试频段同时包含低频(小于1GHz)和高频(10GHz)的电磁参数测试装置很多都是由多个谐振腔组成，其中小的谐振腔用于高频段测试，大的谐振腔用于低频段测试，由此在测试便利性和成本预算上都带来了一定的挑战。
[0006]综上所述，圆波导谐振腔宽带电磁参数测试仍然存在一定局限，难以适应当今电磁参数测试领域高精度、低成本、高便利性的测试要求。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于圆波导谐振腔的材料介电常数宽频带测试结构及其测试方法，能够实现待测材料方便取放，同时满足高精度、低成本、高便利性的测试要求。
[0008]为实现上述目的，本专利技术所提供的技术方案为：基于圆波导谐振腔的材料介电常数宽频带测试结构，包括两个同轴转接头、圆波导谐振腔、第一样品口、第二样品口、第三样品口、第一片状待测材料、第二片状待测材料和第三片状待测材料；所述两个同轴转接头用来对圆波导谐振腔馈电，将圆波导谐振腔与矢量网络分析仪连接以提取散射参数用于后续计算材料参数，所述圆波导谐振腔划分有上腔和下腔，所述两个同轴转接头分别固定在上
腔的顶盖和下腔的底盖上且纵轴中心线重合，便于激励工作模式一TM
010
模、工作模式二TM
220
模或工作模式三TM
460
模；所述第一样品口、第二样品口和第三样品口设在上腔中，所述第一片状待测材料加载在第一样品口上，所述第二片状待测材料加载在第二样品口上，所述第三片状待测材料加载在第三样品口。
[0009]进一步，所述圆波导谐振腔由金属AL6061加工而成，其内腔半径r为115
‑
125mm，内腔高度h为12
‑
15mm，顶盖、底盖厚4
‑
5mm，侧壁厚5
‑
6mm，内腔壁镀银以增加腔内模式的品质因数Q。
[0010]进一步，所述第一样品口沿圆波导谐振腔的纵中心轴对称，长为10
‑
11mm，宽为3
‑
3.2mm，高为顶盖壁厚4
‑
5mm；当测试频段为0.90
‑
1.00GHz时，所述第一片状待测材料直接从第一样品口插入圆波导谐振腔中；所述第一片状待测材料的尺寸是10*3*25mm；所述第一片状待测材料的加载位置为工作模式一TM
010
模的电场最强处。
[0011]进一步，所述第二样品口的宽中心线与第一样品口的宽中心线成35
‑
37
°
；所述第二样品口沿自身的纵轴中心线对称，其纵轴中心线与圆波导谐振腔纵轴中心线距离为41
‑
45mm；所述第二样品口长为10
‑
11mm，宽为1.5
‑
1.7mm，高为顶盖壁厚4
‑
5mm；当测试频段为3.15
‑
3.45GHz，所述第二片状待测材料直接从第二样品口插入圆波导谐振腔中；所述第二片状待测材料的尺寸是10*1.5*25mm；所述第二片状待测材料的加载位置为工作模式二TM
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模的电场最强处。
[0012]进一步，所述第三样品口的宽中心线与第一样品口的宽中心线成53
‑
55
°
；所述第三样品口沿自身的纵轴中心线对称，其纵轴中心线与圆波导谐振腔纵轴中心线距离为26
‑
30mm；所述第三样品口长为10
‑
11mm，宽为1.5
‑
1.7mm，高为顶盖厚度4
‑
5mm；当测量频段为9.50
‑
9.70GHz时，所述第三片状待测材料直接从第三样品口插入圆波导谐振腔中；所述第三片状待测材料的加载位置为工作模式三TM
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的电场最强处。
[0013]进一步，所述两个同轴转接头的位置选取关乎工作模式的激励与否和被激励工作模式的耦合强度；所述两个同轴转接头的纵轴中心线重合；若俯视圆波导谐振腔，建立以下坐标系：以第一样品口的宽中心线为X轴、长中心线为Y轴、两轴交点为原点，且第二样品口的纵轴中心线的点位于第二象限，则所述两个同轴转接头重合的纵轴中心线的坐标为(70mm，
‑
50mm)；同时为了保证圆波导谐振腔和矢量网络分析仪之间是弱耦合，所述两个同轴转接头的探针长度为0.8
‑
1mm。
[0014]进一步，在实际测试时，根据测试频段，只需在相应样品口处插入一块片状待测材料，其余两个样品口空置。
[0015]本专利技术也提供了上述基于圆波导谐振腔的材料介电常数宽频带测试结构的测试方法，包括以下步骤：
[0016]步骤1：将两个同轴转接头分别连接至矢量网络分析仪的任意两个端口；
[0017]步骤2：三个样品口均不放置任何待测材料，选定测量频率范围，依次对矢量网络分析仪进行“开路”、“短路”、“负载”校准；
[0018]步骤3：三个样品口均不放置任何待测材料，测试并记录矢量网络分析仪端口传输损耗S
21
；根据测试到的S
21
，获取谐本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于圆波导谐振腔的材料介电常数宽频带测试结构，其特征在于：包括两个同轴转接头(1)、圆波导谐振腔、第一样品口(201)、第二样品口(202)、第三样品口(203)、第一片状待测材料(4)、第二片状待测材料(5)和第三片状待测材料(6)；所述两个同轴转接头(1)用来对圆波导谐振腔馈电，将圆波导谐振腔与矢量网络分析仪连接以提取散射参数用于后续计算材料参数，所述圆波导谐振腔划分有上腔(2)和下腔(3)，所述两个同轴转接头(1)分别固定在上腔(2)的顶盖和下腔(3)的底盖上且纵轴中心线重合，便于激励工作模式一TM
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模、工作模式二TM
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模或工作模式三TM
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模；所述第一样品口(201)、第二样品口(202)和第三样品口(203)设在上腔(2)中，所述第一片状待测材料(4)加载在第一样品口(201)上，所述第二片状待测材料(5)加载在第二样品口(202)上，所述第三片状待测材料(6)加载在第三样品口(203)。2.根据权利要求1所述的基于圆波导谐振腔的材料介电常数宽频带测试结构，其特征是：所述圆波导谐振腔由金属AL6061加工而成，其内腔半径r为115
‑
125mm，内腔高度h为12
‑
15mm，顶盖、底盖厚4
‑
5mm，侧壁厚5
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6mm，内腔壁镀银以增加腔内模式的品质因数Q。3.根据权利要求1所述的基于圆波导谐振腔的材料介电常数宽频带测试结构，其特征是：所述第一样品口(201)沿圆波导谐振腔的纵中心轴对称，长为10
‑
11mm，宽为3
‑
3.2mm，高为顶盖壁厚4
‑
5mm；当测试频段为0.90
‑
1.00GHz时，所述第一片状待测材料(4)直接从第一样品口(201)插入圆波导谐振腔中；所述第一片状待测材料(4)的尺寸是10*3*25mm；所述第一片状待测材料(4)的加载位置为工作模式一TM
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模的电场最强处。4.根据权利要求1所述的基于圆波导谐振腔的材料介电常数宽频带测试结构，其特征是：所述第二样品口(202)的宽中心线与第一样品口(201)的宽中心线成35
‑
37
°
；所述第二样品口(202)沿自身的纵轴中心线对称，其纵轴中心线与圆波导谐振腔纵轴中心线距离为41
‑
45mm；所述第二样品口(202)长为10
‑
11mm，宽为1.5
‑
1.7mm，高为顶盖壁厚4
‑
5mm；当测试频段为3.15
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3.45GHz，所述第二片状待测材料(5)直接从第二样品口(202)插入圆波导谐振腔中；所述第二片状待测材料(5)的尺寸是10*1.5*25mm；所述第二片状待测材料(5)的加载位置为工作模式二TM
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模的电场最强处。5.根据权利要求1所述的基于圆波导谐振腔的材料介电常数宽频带测试结构，其特征是：所述第三样品口(203)的宽中心线与第一样品口(201)的宽中心线成53
‑
55
°
；所述第三样品口(203)沿自身的纵轴中心线对称，其纵轴中心线与圆波导谐振腔纵轴中心线距离为26
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30mm；所述第三样品口(203)长为10
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11mm，宽为1.5
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1.7mm，高为顶盖厚度4
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【专利技术属性】
技术研发人员：陈付昌，黄学全，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：