[实用新型]一种微波频段下铁电材料铁电性的测量装置

说明书

技术领域

本发明属于微波测量领域，涉及一种铁电材料铁电性的测量装置。

背景技术

铁电材料是一种应用广泛的功能材料。铁电性是铁电材料的重要特性之一。铁电性是指某些绝缘体材料在外加电场的作用下自发极化可以被反转的特性，通俗的讲就是介电常数随外加电压改变的特性。为了探索、研究和开发铁电材料及其器件，科学工作者和工程技术人员对铁电材料的铁电性的测量提出了要求。

查阅中外专利和科技文献，有很多介绍铁电材料铁电性的测量方法，常见的方法有谐振法、分压法和电桥法等。这些方法的测量频率都远在微波频段以下。但是目前铁电体材料已经在微波频段表现出很有潜力的前景。而微波频段下铁电材料的铁电性测量方法却鲜有报道。

发明内容

为了克服现有技术不能测量微波频段下铁电材料铁电性的不足，本发明提供了一种微波频段下铁电材料铁电性的测量装置，可以测量微波频段下铁电材料的介电常数随外加电压改变的特性，外加电压可以达到3kV。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：包括矢量网络分析仪、计算机、高压源和测试电路板。测试电路板包括三个微带二端口网络，分别为直通网络、延迟网络、开路及测量网络。这三个微带二端口网络从两端到中间均依次有同轴接头、微带线、高阻四分之一波长短路枝节、耐高压带通滤波器、直流馈电电路。不同的是，直通网络中的两个直流馈电电路之间直接连接，延迟网络的两个直流馈电电路之间通过延迟线连接，开路及测量网络的两个直流馈电电路之间有一个缝隙。测量时，将高压源分别连接在三个微带二端口网络的直流馈电电路上，为待测样品提供直流偏压。计算机从矢量网络分析仪中读取三个微带二端口网络的S参数，并根据读取的S参数计算出铁电材料的介电常数。

所述的高压源的输出直流电压可以从0V到3kV变化。所述的耐高压带通滤波器为开路的四分之一波长平行板传输线，传输线中的介质采用相对介电常数超过10的高介电常数材料。因为介电常数越高，则辐射损耗越低，差损越小。所述的耐高压带通滤波器和传统的微带耦合滤波器相比差损比较低，传统的微带耦合滤波器有较大的辐射损耗和介质损耗，导致了差损比较高。所述的耐高压带通滤波器和隔直电容相比可以耐超过3kV的电压，传统的贴片隔直电容耐压只有几十伏，传统的高压电容由于其结构的特点不适合应用在微波频段。

本发明工作时包括如下步骤：

a.校准矢量网络分析仪；

b.依次将将直通网络、延迟网络和开路及测量网络连接在矢量网络分析仪上，计算机从矢量网络分析仪中读取三个微带二端口网络的S参数；

c.将两边覆有金属的待测样品接在开路及测量网络中间缝隙的两个微带线上，待测样品的两个金属面分别焊接在缝隙的两端，将高压源连接在开路及测量网络的两个直流馈电电路上，其中一个直流馈电电路连接高压源的地线，另一个直流馈电电路连接高压源的高压线，在0-3kV的范围内调整的输出直流电压(调整的间隔并没有一个统一要求，应根据不同测量的需要选择不同的调整间隔)，将开路及测量网络连接在矢量网络分析仪上，读取S参数；

d.根据TRL校准方法对读取的S参数进行处理，得到两边覆有金属的待测样品的S参数，进一步得到ABCD矩阵，ABCD矩阵中的B为两边覆有金属的待测样品的容抗，进一步得到待测样品的电容量，进一步根据平行板电容器的原理计算出待测样品的介电常数，最后记录一个频段内不同直流偏压下待测样品的介电常数，即为待测样品的铁电性。

所述的待测样品的横向尺寸应该小于十分之一波长，这样可以将两边覆有金属的待测样品等效为平行板电容器。

本发明的有益效果是：由于采用TRL校准方法消除馈线等测量电路的影响，可以测量微波频段下待测样品的介电常数；由于采用具有高介电常数的开路的四分之一波长平行板传输线作为耐高压带通滤波器，降低滤波器的差损，提高测量精度；由于采用高阻四分之一波长短路枝节将和矢量网络分析仪相连的微带线的直流电势限制在零电势，保证高压测量时矢量网络分析仪的安全。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

附图说明

图1是本发明测量装置的结构框图。

图2是图1中测试电路板的电路图。

图3是图2中耐高压带通滤波器的结构图。