[发明专利]用于八毫米波段电介质测量的圆波导驻波测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于八毫米波段电介质测量的圆波导驻波测量装置。

背景技术

在微波频段，电介质材料的电学参数是设计介质元器件必不可缺的数据，是研制相应材料和介质元器件、微带线、微波集成的基础。对于低介电常数、中/低损耗的材料，国内外普遍采用矩形波导驻波测量线法、散射参数法或TE_01l模谐振腔法，而对于高介电常数、中/低损耗的介质谐振器材料，在直到毫米波的微波频段国内外普遍采用TE₀₁₁模、TE_0m1模介质谐振腔法或腔外微扰法。在这些方法中，驻波测量法既方便又可靠，但对于能同时测量低、高介电常数材料的驻波法还未见报导。此外，八毫米波段(26.5-40GHz)也是目前国际上军事及通信、电子技术开发的重点频段之一。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于八毫米波段电介质测量的圆波导驻波测量装置。

用于八毫米波段电介质测量的圆波导驻波测量装置具有相连接的波模转换器、波模抑制器、圆波导驻波测量线，波模转换器具有截止圆波导、功率四等分单元、波模转换单元，波模转换单元上设有截止圆波导，波模转换单元周边连接有功率四等分单元，波模抑制器具有螺旋波导，螺旋波导内设螺旋线，圆波导驻波测量线从下到上依次具有细调测微器、粗调测微器、圆柱壁开口圆波导、活塞、圆波导，在圆波导壁上设有圆柱壁小孔。

所述的圆波导内径为12～13mm，在波导工作区，离活塞为50～55mm处的圆柱壁上设置一个直径0.8～1.2mm的圆柱壁小孔。活塞上端可以设有用于使样品终端处于接近开路状态的聚四氟乙烯薄圆环。截止圆波导内径为8～8.4mm，波模转换单元和螺旋波导的内径均为12～13mm。

本发明具有的有益效果

由于圆的TE₀₁场不能在矩形波导中传播，所以不可能在信号输入端用网络分析仪获得反射系数.又因为TE₀₁场的壁电流是圆周状的，也不可能在圆波导纵向开槽来构成驻波测量线.在这个结构中驻波信号的输出是借助于圆柱壁上的一个耦合小孔，用调节可调短路活塞，找到驻波的节点位置.短路活塞的位置用精度为0.001mm的测微器读出.在耦合孔外面，经一节矩形波导和阻抗调配器输出到纳瓦功率计的传感器或晶体检波器.该装置特别适合于高温或高介电常数的介质谐振器材料、铁电材料的测量.其使用频率是8.2GHz～100GHz，就圆波导尺寸而言，特别适宜于八毫米波段下的测量.

从波导内的电磁场结构知道，TE₀₁模圆波导的圆周表面的电场为零，因此样品与波导壁之间的径向气隙只引起很小的测量误差，这个优点，对于高介电常数的介质谐振器材料、铁电材料的准确测量和介质材料的高温测量特别重要；也能使隐身材料的测量更准确可靠.

另一个优点是，在毫米波频率，样品的尺寸可以比较大，从而降低了样品尺寸准确度对测量的影响.

第三个优点是，由于波导波长较长，当样品与驻波节点探测点之间的距离小于波导波长时，驻波节点位置和波导波长测量的误差影响就变低了.例如，信号源的波长为8.6mm(～35GHz)、圆波导的内径取12.7mm时，波导波长为15.25mm，是自由空间波长的1.8倍.

此外，用这个模，腔壁的损耗降低了，从而也增加了介质损耗角正切测量的准确度.

另外一个公认的事实是：当介质样品终端为匹配负载进行驻波测量时，在驻波节点的测量不确定值为0.002cm时与短路法在0.01cm时得到的介电常数结果误差基本相同，即样品终端短路法比样品终端匹配法有着高得多的准确度.

最后，还应补充说明的是介质样品终端为长度l(聚四氟乙烯薄圆环的高度)的情况，这时，其通式可以写成