[发明专利]一种测量介电常数的可调谐同轴谐振腔

权利要求书

1.一种测量介电常数的可调谐同轴谐振腔，其特征在于：包括同轴谐振腔，两段式可调节内导体；固定探针位置的石英凸台结构；“L”形内导体固定背板；馈电圆环；SMA连接器；腔盖，两段式可调节内导体固定在同轴谐振腔中央，固定探针位置的石英凸台结构固定在同轴谐振腔底壁内侧中央位置，两段式可调节内导体的探针可通过石英凸台结构中心的孔洞伸出同轴谐振腔底壁，两段式可调节内导体顶部与“L”形内导体固定背板的伸出臂连接，“L”形内导体固定背板与同轴谐振腔外壁的一侧连接，腔盖固定在同轴谐振腔内的中间区域且可上下移动，SMA连接器固定在腔盖的外侧，馈电圆环与SMA连接器连接且固定在腔盖的内侧：

所述同轴谐振腔用于在工作频率下产生谐振；

所述两段式可调节内导体用于调节谐振腔内局部内外导体的半径比，改变局部电抗，调节改善品质因数；

所述两段式可调节内导体分为主内导体和副内导体：

所述主内导体上段为螺纹柱结构，螺纹柱顶端中心打有螺纹孔；主内导体中段为半径大于主内导体上段半径的光滑圆柱结构；主内导体下段为半径大于主内导体中段半径的光滑圆柱结构；主内导体下段与锥形过渡结构相连，锥形过渡结构末端连接探针；

所述副内导体为空心圆柱结构，副内导体外径为主内导体下段直径；副内导体上段内部为可与主内导体上段螺纹柱配合的螺纹孔结构，副内导体上段长度为主内导体上段长度；副内导体下段内径为主内导体中段直径，副内导体下段内壁光滑，副内导体下段长度与主内导体中段长度相等；所述固定探针位置的石英凸台结构用于保证探针处于谐振腔底壁孔径的中央，在与样品接触测量时提供横向支撑力；

所述“L”形内导体固定背板用于连接同轴谐振腔及固定两段式内导体，避免内导体在调节时不稳定；

所述馈电圆环用于激励同轴谐振腔的谐振模式；

所述SMA连接器用于与射频线缆连接；

所述腔盖用于调整腔体长度，改变谐振腔的谐振频率。

2.根据权利要求1所述的一种测量介电常数的可调谐同轴谐振腔，其特征在于：所述固定探针位置的石英凸台结构中心孔的半径与探针半径相等，台的半径与谐振腔底壁孔径的半径相等。

3.根据权利要求1所述的一种测量介电常数的可调谐同轴谐振腔，其特征在于：所述“L”形内导体固定背板上方伸出臂与背板主体的夹角为90°，伸出臂带有通孔，使用螺钉将主内导体紧密固定在伸出臂上；背板主体可与同轴谐振腔相连。

4.根据权利要求1所述的一种测量介电常数的可调谐同轴谐振腔，其特征在于：所述腔盖为带有中心孔的圆柱结构，腔盖半径为腔体半径，中心孔的直径为副内导体的外径。

5.根据权利要求1所述的一种测量介电常数的可调谐同轴谐振腔，其特征在于：使用所述可调谐同轴谐振腔测量介电常数时可分为如下步骤：

步骤1：将所述可调谐同轴谐振腔与矢量网络分析仪相连，调整腔盖位置至测试频率，调整副内导体位置使该测试频率的品质因数最大，记录此时可调谐同轴谐振腔空载的谐振频率f₀；

步骤2：将一块介电常数已知的样品放置在所述可调谐同轴谐振腔下方，调整可调谐同轴谐振腔与样品的距离，使探针与样品接触，记录此时的谐振频率；

步骤3：将若干未知介电常数的待测样品分别放置在所述可调谐同轴谐振腔下方，调整可调谐同轴谐振腔与样品的距离，使探针与样品接触，分别记录探针与不同样品接触时的谐振频率；

步骤4：根据已有镜像电荷法理论公式：

其中A为与系统有关的常量，f_r为可调谐同轴谐振腔下方放置样品后的谐振频率；

Δf_r＝f_r-f₀，为可调谐同轴谐振腔下方放置样品与空载谐振频率的偏移量；

其中ε₀为真空介电常数，ε为样品介电常数；

ε＝ε_r·ε₀，其中ε_r为相对介电常数；

步骤5：调整腔盖位置使谐振腔的谐振频率位于需要测试的频率范围内，再调整副内导体的位置使品质因数最高重复步骤1、2、3、4可测量样品不同谐振频率下的介电常数。