[发明专利]基于椭球面反射镜的材料相对复介电常数高温测试方法

说明书

本发明提供一种基于椭球面反射镜的材料复介电常数高温测试装置及测试方法，包括椭球面反射镜、喇叭天线、金属坩埚、高温炉和矢量网络分析仪，矢量网络分析仪通过微波电缆连接喇叭天线；所述椭球面反射镜的反射面为旋转椭球面的一部分，旋转椭球面的长轴与所述喇叭天线轴线以及所述金属坩埚法线均呈45度夹角，喇叭天线相位中心位于椭球面反射镜的一焦点处，金属坩埚上表面中心位于椭球面反射镜的另一焦点处，本发明具有测试精度高、测试稳定性好、使用和维护成本低、对样品放置要求低的特点；同时本装置由于采用了椭球面反射镜，能够保证高温测试过程中聚焦波束幅度和相位的稳定性，从而能够保证测试结果的准确性。

技术领域

本发明属于微波、毫米波介质材料测试技术领域，涉及材料高温和超高温复介电常数测试系统，尤其是自由空间终端短路法测试系统及方法。

背景技术

微波热透波材料属于电介质材料，其广泛应用于飞行器天线罩、天线窗的制造领域。随着飞行器的速度越来越快，微波热透波材料所处的工作温度也越来越高，最高可达2000摄氏度以上，其介电性能随温度的变化规律也更为复杂。这些变化会影响热透波材料的微波性能，对飞行器天线发送、接收电磁波信号产生极大的影响。因此，准确测试、分析热透波材料介电性能在高温甚至超高温环境下的变化情况，对于飞行器天线罩等部件的设计及高速飞行状态下的可靠性研究具有至关重要的作用。

对于电介质材料介电性能的变温测试，常用方法为终端短路法，其原理是将待测材料填充于终端短路的传输线，通过测量该传输线的复反射系数来计算待测材料的复介电常数。终端短路法又分为波导终端短路法(如图1所示)和自由空间终端短路法(如图2所示)。在公告号为CN101545931A的“一种基于终端短路法的高温复介电常数测量方法”的专利中提出利用双波导终端短路的方法，通过将待测样品填充于一矩形波导的终端短路面处，另一矩形波导作为校准波导来实现材料的高温测试。但该专利中由于直接对波导进行加热，波导受热后的形变、挥发及电学性能变化均会对测试精度产生较大影响，且样品的加工精度要求较高。在公告号为CN102393490A的“一种介质材料高温复介电常数测量装置”的专利中通过将传统波导终端短路中短路面改为扼流式法兰结构，保证了高温下终端短路面与波导之间良好的电接触，但仍存在波导受热变形、挥发及样品加工精度较高的问题。在公告号为CN103344841A 的“电介质材料介电性能变温测试用自由空间终端短路系统”的专利中，提出了自由空间终端短路法，利用介质聚焦天线代替波导，实现了加热部分及测试传感器的分离，一定程度上提高了测试传感器的可靠性及寿命，且样品加工精度要求不高，但该方法由于采用聚四氟乙烯作为聚焦天线的透镜，在高温测试中透镜会受到热辐射的影响而造成传感器稳定性变差，在超高温下介质透镜更是无法承受高温热辐射作用，且高温下金属发热体挥发出的杂质易附着在透镜表面，造成电磁波聚焦效果变差，进而影响测试精度。

由上所述，传统复介电常数高温测试方法中波导终端短路法易造成波导的形变及污染，导致测试夹具重复利用率差，测试成本过高及维护不方便，待测样品加工要求高等问题；而利用介质透镜作为聚焦天线的自由空间终端短路法由于介质透镜所能承受的热辐射有限而不能用于超高温测试，且挥发物附着在透镜表面后造成电磁波聚焦效果变差，从而影响测试结果的准确性。

发明内容

本发明的目的是针对现有终端短路法介质材料复介电常数高温测量装置中存在的上述缺陷，对现有的自由空间终端短路法中的电磁波聚焦结构进行改进，利用椭球面反射镜对喇叭天线辐射的电磁波进行聚焦，并采用金属坩埚来承载待测样品，提供一种基于椭球面反射镜的材料复介电常数高温测试装置及方法。

为实现上述发明目的，本发明技术方案如下：