[发明专利]一种基于准光学谐振腔的介质材料介电性能变温测量装置

说明书

技术领域

本发明属于微波、毫米波介电材料介电性能测试领域，涉及准光学腔测量方法及装置。

背景技术

随着通讯系统、武器精确制导和电子对抗技术的发展与应用，准确了解电路介质基片材料、天线罩材料的介电性能越来越重要。当这些材料的工作温度发生变化时，它们的介电性能也会发生相应的变化。因此，了解材料在不同工作温度下的介电性能，对材料的应用与设计具有重大意义！

针对介质材料在微波、毫米波段的介电性能测试，应用比较广泛的测量方法是准光学谐振腔测试法。目前普遍使用的准光学谐振腔的结构形式是半对称球面准光学谐振腔，该腔体由一个球面镜和一个平面镜构成，俗称平凹腔。该种结构形式的准光学谐振腔一般只用于常温环境下介质材料的介电性能的测量，如果要应用于变温环境下的介电性能的测量，则需要对腔体的结构进行改进。

文献“冯丽萍，韦高，Ku波段开腔电介质高温自动测量系统，强激光与粒子束，2006，vol.18，No.8，pp1323～1326.”采用加热炉方式，利用碳化硅发热棒进行加热，温度可达1300℃。该文献中的结构存在两个缺点，一是腔体结构暴露在空气中，在高温工作条件下，促使平面镜金属迅速被氧化，长期使用将影响准光学谐振腔的品质因数(Q值)，从而影响介电性能的测量精度；二是该种结构的加热效率不高、可变温度范围不够宽。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于准光学谐振腔的介质材料介电性能变温测量装置，以实现微波、毫米波介质材料介电性能的变温测试。该装置可实现常温至2000多℃环境下介质材料介电性能的变温测量，具有加热效率高、可变温度范围宽，且在保证测量精度条件下能够长期稳定工作。

本发明的技术方案如下：

一种基于准光学谐振腔的介质材料介电性能变温测量装置，如图1所示，包括准光学谐振腔1、感应加热控制装置2、感应加热圈3、真空炉腔4、循环水冷系统5和矢量网络分析仪6。所述准光学谐振腔1采用由球面镜11和平面镜12组成的平凹腔结构，其中球面镜11固定于真空炉腔4的上部空间，平面镜12固定于真空炉腔4的下部空间。如图2所示，所述球面镜11上有具有两个耦合孔111、112，准光学谐振腔1通过两个耦合孔111、112，经波导、同轴电缆和矢量网络分析仪6连接，形成测试回路。所述平面镜12周围上方具有金属套筒13，套筒13的高度以不影响准光学谐振腔的品质因素(Q值)为准。所述感应加热圈3采用紫铜管制作，固定于真空炉腔4的下部空间，使得平面镜12位于感应加热圈3的内部。感应加热圈3的两端穿过真空炉4的侧壁与所述加热控制装置2实现电相连、同时与所述循环水冷系统5连接以实现一个循环水冷回路。

本发明具体工作过程是：矢量网络分析仪6通过同轴电缆、波导经球面镜11上的耦合孔111、112与准光学谐振腔1进行连接，被测介质样品放在平面镜12的正中；先对真空炉腔4抽真空，再充入保护氮气，接着打开感应加热控制装置2，利用感应加热控制装置2通过感应圈3对介质样品进行加热，同时开启水冷系统5进行水冷。当达到要求温度时，即停止加热。然后利用矢量网络分析仪6和相应的软件对材料进行测试分析。

本发明在高温测量过程中，虽然高温区集中于感应加热圈3的内部，但如果测量温度过高，真空炉腔4内部其他位置(主要包括球面镜11和真空炉腔4腔壁)温度也会升高，为了避免高温对球面镜11以及真空炉腔4的损伤，同时也是为了提高变温测量效率，可以：1)如图3所示，在所述球面镜11内部增加环形水冷槽113，所述环形水冷槽113的两端114、115通过水管与水冷系统5连接以实现另一个循环水冷回路；2)在所述真空炉腔4的腔壁内部增加均匀分布的管道结构，所述管道结构的两端与水冷系统5连接以实现再一个循环水冷回路。

本发明的有益效果是：

本发明提供的基于准光学谐振腔的介质材料介电性能变温测量装置，由于采用感应加热技术和循环水冷系统，同时配以真空炉腔，使得本发明在采用准光学谐振腔测试法对介质材料介电性能进行变温测量时，具有加热效率高、可变温度范围宽(测量温度可达2000℃以上)，且在保证测量精度条件下能够长期稳定工作而不会造成光学谐振腔的氧化或其他损伤。

附图说明

图1是本发明提供的基于准光学谐振腔的介质材料介电性能变温测量装置的结构示意图。

其中，1是准光学谐振腔、2是感应加热控制装置、3是感应加热圈、4是真空炉腔、5是水冷系统、6是矢量网络分析仪。

图2是准光学谐振腔示意图。

图3是准光学谐振腔球面镜示意图。