一种测量粉末以及液体介电常数的半球形准光学谐振腔制造技术

技术编号:36492083 阅读:22 留言:0更新日期:2023-02-01 15:06
本实用新型专利技术公开了一种测量粉末以及液体介电常数的半球形准光学谐振腔。半球形准光学谐振腔所述包括第一电反射镜和第二电反射镜;第一电反射镜为呈半球形的曲面镜;第二电反射镜上设置有用于承接粉末或者液体的腔体;第一电反射镜和第二电反射镜相对放置,第一电反射镜位于第二电反射镜上方,中间为空气,构成半球形准光学谐振腔;第一电反射镜的正中位置开有波导孔,用来接收/发射电磁信号。本实用新型专利技术的测量方法简单,本实用新型专利技术制造简单,成本低,且测量精度较为准确。且测量精度较为准确。且测量精度较为准确。

【技术实现步骤摘要】
一种测量粉末以及液体介电常数的半球形准光学谐振腔


[0001]本技术涉及微波、毫米波、介电常数测量、准光学谐振腔
,具体涉及一种测量粉末以及液体介电常数的半球形准光学谐振腔。

技术介绍

[0002]介电常数是表征介质材料的介电性质或极化性质的物理参数。在设计基于各类材料的电路或系统之前,准确掌握这些材料的介电常数和损耗特性非常重要。
[0003]传统的半球形准光学谐振腔法是一种测量复介电常数的方法,它具有一些优点,例如:1).它是一种非接触测试方法,对物理介质没有夹具带来的形变压力;2).系统足够紧凑,制造成本低;3).测试精度高。半球形准光学谐振腔通过圆形波导孔将电磁波接收和发射,然后通过传输系数S21或者反射系数S11测量介电特性。但其弊端在于仅能测量固体样品的介电常数,对于无法放置在平面镜上的粉末状或者液体状的样品则具有局限性。另外,对于需要变温装置控制来实现不同温度下的测量时,操作变得较为复杂,简单的平面镜并不能给予固体样品均匀的加热或者降温。
[0004]现有技术粉末样品介电性能测试装置中,该专利技术提出了一种粉末样品介电性能测试装置,所述的粉末样品介电性能测试装置通过封闭式真空谐振腔,在样品放置架上放置粉末状样品,通过加热部和冷却部实现变温控制,实现对粉末状样品的介电性能测试。封闭式谐振腔的真空要求比较复杂,且对于装置的加工有较大困难(宋锡滨,孙莹莹,奚洪亮,艾辽东.粉末样品介电性能测试装置[P].CN212207518U,2020.12.22.)。
[0005]现有技术一种微波闭式谐振腔复介电常数测量装置中,该专利技术提出了一种微波闭式谐振腔复介电常数测量装置,所述的微波闭式谐振腔复介电常数测量装置通过把测试的材料放置于谐振腔内部的支撑柱上,通过耦合探针深入腔体的耦合孔,通过测试电缆连接矢量网络分析仪,实现对介电常数的测量。此闭式谐振腔通过观察网络的S21参数实现测量,相较于半球形谐振腔装置较为复杂,测试过程也比较繁琐。且由于其支撑柱的缘故,无法测量粉末状以及液态样品的介电常数(王益,张翠翠,王建忠,魏竹.一种微波闭式谐振腔复介电常数测量装置[P].CN104965127A,2015.10.07.)。
[0006]现有技术一种混合固体颗粒物质介电常数测量方法、系统及应用中,该专利技术提出了一种混合固体颗粒物质介电常数测量方法、系统及应用,所述的混合固体颗粒物质介电常数测量方法、系统及应用使用自由空间法,测试样品和定标金属板不同极化下网络参数的比值,测出垂直极化和水平极化下的端口S参数和入射角θ,结合反演公式得出介质材料的介电常数。但通常需要被测样品面积足够大以减少样品边缘处的衍射效应,且校准步骤繁琐,校准精度要求高(佘俊杰,刘伟,左炎春,郭立新.一种混合固体颗粒物质介电常数测量方法、系统及应用[P].CN112782485A,2021.05.11)。

技术实现思路

[0007]本技术的目的在于提供一种测量粉末以及液体介电常数的半球形谐振腔,能
够在制造简单,测量方便的前提下,保证测试的精度且能实现对温度的控制。故在传统准光学谐振腔测量的基础上进行了改进,通过将圆柱形或者球形谐振腔改为半球形来避免额外的夹具固定物品,并在谐振腔下方的平面镜挖一个腔体使其成为凹面镜,从而实现对粉末状固体及液体的介电常数的测量。另外,通过对凹面进行加热或制冷,很容易获得高低温环境下粉体和液体的介电常数,凹面相较于平面,变温会更加均匀、更加全面。
[0008]本技术的目的至少通过如下技术方案之一实现。
[0009]一种测量粉末以及液体介电常数的半球形准光学谐振腔,包括第一电反射镜和第二电反射镜;
[0010]第一电反射镜为呈半球形的曲面镜;第二电反射镜上设置有用于承接粉末或者液体的腔体;
[0011]第一电反射镜和第二电反射镜相对放置,第一电反射镜位于第二电反射镜上方,中间为空气,构成半球形准光学谐振腔;
[0012]第一电反射镜的正中位置开有波导孔,用来接收/发射电磁信号。
[0013]进一步地,所述半球形准光学谐振腔为开放式谐振腔,第一电反射镜的曲率为R,半球形准光学谐振腔中的波为高斯波束,在谐振状态下第一电反射镜与第二电反射镜波束的相位差为π的整数倍。
[0014]进一步地,第二电反射镜包括第一平面镜和第二平面镜;
[0015]其中,第一平面镜为圆环形平面镜,第二平面镜为圆形平面镜,第二平面镜的半径等于第一平面镜的内环半径,第一平面镜的内环和第二平面镜的圆边连接,构成下凹的腔体,进而构成横截面呈凹形的第二电反射镜;
[0016]第一电反射镜中的波导孔设置于腔体的正上方。
[0017]进一步地,第一电反射镜上的波导孔的数量为1

2个。
[0018]进一步地,第一电反射镜和第二电反射镜分别采用金属材质抛光表面作为球面反射镜和平面反射镜;
[0019]所述金属材质包括黄铜、金、银、铜、金合金、银合金、铜合金、锌合金或铝合金等有良好导电性的金属。
[0020]进一步地,第二电反射镜中,第一平面镜的外环半径和第二平面镜的半径均为半球形准光学谐振腔内的高斯波束的束腰半径的两倍左右或两倍以上,以保证其测量复介电常数的精确性。
[0021]进一步地,将同轴电缆的一端连接至第一电反射镜的波导孔,利用一根同轴电缆和一个同轴波导转换模块将矢量网络分析与半球形准光学谐振腔相连,接收或发射不同频率的电磁波,由此测得半球形准光学谐振腔的反射系数。
[0022]进一步地,在腔体加载粉末或者液体样品前后,通过第一电反射镜上的波导孔发射电磁波,测量半球形准光学谐振腔的谐振频率的频偏以及品质因数的改变,进而获得粉末或者液体样品的复介电常数的实部和虚部。
[0023]进一步地,在第二电反射镜下方设置温变装置,用于通过温变装置对第二电反射镜的腔体进行加热或制冷,进而获得高低温环境下粉末和液体的介电常数。
[0024]所述半球形准光学谐振腔通过矢量网络分析仪的数据,通过分析传输系数S21或者反射系数S11,观察半球形准光学谐振腔整个腔体在加载样品前后,谐振频率以及品质因
数的变化,从而通过偏移来计算出需要测量的样品的介电常数以及损耗角正切的值,即复介电常数的实部和虚部;
[0025]一种利用半球形准光学谐振腔测量粉末以及液体复介电常数的方法,包括以下步骤:
[0026]S1、准备好实验设备,清理半球形准光学谐振腔的表面杂质油污,包括第一电反射镜、第二电反射镜、波导孔以及承接粉末或者液体的腔体;
[0027]S2、在加载粉末或者液体样品前,通过第一电反射镜上的波导孔发射并接收电磁波,测量得到空载时26

40GHZ准光学谐振腔的S11或S21参数,并保存数据;
[0028]S3、加载粉末或者液体样品,通过第一电反射镜上的波导孔发射并接收电磁波,又测量得到其26

40GHZ的S11或S21参数,并保存数据本文档来自技高网
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种测量粉末以及液体介电常数的半球形准光学谐振腔,其特征在于,包括第一电反射镜(1)和第二电反射镜(2);第一电反射镜(1)为呈半球形的曲面镜;第二电反射镜(2)上设置有用于承接粉末或者液体的腔体(4);第一电反射镜(1)和第二电反射镜(2)相对放置,第一电反射镜(1)位于第二电反射镜(2)上方,中间为空气,构成半球形准光学谐振腔;第一电反射镜(1)的正中位置开有波导孔(3),用来接收/发射电磁信号。2.根据权利要求1所述的一种测量粉末以及液体介电常数的半球形准光学谐振腔,其特征在于,所述半球形准光学谐振腔为开放式谐振腔,第一电反射镜(1)的曲率为R,半球形准光学谐振腔中的波为高斯波束,在谐振状态下第一电反射镜(1)与第二电反射镜(2)波束的相位差为π的整数倍。3.根据权利要求1所述的一种测量粉末以及液体介电常数的半球形准光学谐振腔,其特征在于,第二电反射镜(2)包括第一平面镜(201)和第二平面镜(202);其中,第一平面镜(201)为圆环形平面镜,第二平面镜(202)为圆形平面镜,第二平面镜(202)的半径等于第一平面镜(201)的内环半径,第一平面镜(201)的内环和第二平面镜(202)的圆边连接,构成下凹的腔体(4),进而构成横截面呈凹形的第二电反射镜(2)。4.根据权利要求3所述的一种测量粉末以及液体介电常数的半球形准光学谐振腔,其特征在于,第一电反射镜(1)中的波导孔(3)设置于腔体(4)的正上方。5.根据权利要求1所述的一种测量粉末以及液体介电常数的半球形准光学谐振腔,其特征在于,第一电反射...

【专利技术属性】
技术研发人员:陈海东周海天张俊陈慧冰廖绍伟车文荃薛泉
申请(专利权)人:华南理工大学
类型:新型
国别省市:

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