[发明专利]一种宽频带介质谐振器

说明书

本发明提供了一种宽频带介质谐振器，包括谐振器上、下板，待测介质材料、以及耦合环，谐振器上、下板与待测介质材料构成介质谐振部分；谐振器上、下板采用硬质介质基板制作；硬质介质基板在朝向待测介质材料的一面有金属覆层，其金属覆层刻有缝隙结构，本发明采用上述方案，能够有效的抑制大部分杂模，使得工作模式更加容易被识别，特别是在工作模式的高频段，对杂模的抑制效果更加明显，最终能够在宽频率范围内得到一个比较“纯净”的TE_0np模式频谱。

技术领域

本发明属于微波技术领域，具体涉及一种用于复介电常数测试的TE_0np模式宽频带介质谐振器。

背景技术

TE_0np模介质谐振器是一种微波谐振器，可以用于介质材料复介电常数的测量、微波宽频带电导率测试等，该技术具有快速可靠、准确、无损伤、自动化测量等特性，具有一定的实用性。其工作于TE模，具有场结构简单、稳定、无色散、工作频带宽等优点。常见的介质谐振器由上下两个金属盖板与圆形待测介质材料构成，在待测介质材料两侧磁场最强处用耦合环进行激励，使其产生谐振。选取不同的n、p可以获得不同的模式谐振频率，从而可以得到多个TE_0np工作模式，即利用一个谐振器就可实现多个模式，在较宽频带范围内覆盖多个离散的主模工作频点。

介质谐振器法测介质的复介电常数，选用的工作模式为TE_0np模。利用待测介质材料对TE_0np模式的扰动，得到样品加载前后的谐振参数，通过计算可以推得出待测介质材料的复介电常数。但是由于实际过程中，在待测介质材料及其周围会产生大量的非TE_0np模的谐振模式，而导致在对TE_0np谐振参数进行测量时无法准确判断，最终导致测试结果的不准确性。特别是在利用计算机软件进行快速测量时，过多的杂模干扰使得计算机无法直接找到正确的高次TE_0np模的谐振频率，在唐宗熙的《介质谐振器介电参数频响特性及频率温度系数的测量》一文中介绍了通过在TE₀₁₁模式下测出复介电常数，进而计算出高次模式的谐振频率，再在该频率附近进行高次TE_0np模式的参数测量来计算该频率下的复介电常数。在不清楚介质电磁参数频响特性的情况下，容易出现找到非TE_0np的高次谐波频率，进而导致测试结果的错误。因此如何抑制、消除TE_0np模以外的干扰模，就成了介质谐振器设计的关键。TE_0np模的特征方程

式中

而a、L分别为待测圆柱介质材料的半径和高度，f₀为谐振频率，μ₀、ε₀分别为真空中的磁导率和介电常数，ε′_r为待测介质材料的相对复介电常数，p为沿介质谐振器轴向场的半波长个数，J_p(u)、K_p(v)分别为p阶第一类贝塞尔函数和第二类变态贝塞尔函数,其中u＝k_c1a,v＝k_c2a在测得待测介质材料的尺寸和谐振频率后,解特征方程组(1)～(3),即可求得复介电常数ε′_r。

由特征方程可以看出，不同模式的谐振频率的大小跟待测介质材料的尺寸和电磁参数有关，通过待测介质材料复介电常数的预估值，对待测介质材料的尺寸进行优化选择，制作对应大小适合的样品，可使一部分干扰模式远离工作频带。通过增加圆柱形腔体外壳，并在内壁涂上吸波材料，使其形成一个封闭区间，一方面可以防止外界电磁波对其的干扰从而形成高次模，另一方面也可以防止电磁波的泄漏。但是尽管如此，还是有大量的干扰模式存在于工作频带内，严重限制了可用宽带，因此如何在不影响工作模式的情况下，尽可能的抑制干扰模式，得到一个比较纯净的TE_0np模，成为了设计介质谐振器法测量复介电常数的一个关键难题。

发明内容