[发明专利]一种测量介电常数的可调谐同轴谐振腔

说明书

本发明涉及一种测量介电常数的可调谐同轴谐振腔。该设计可通过调节腔盖的位置调整腔体长度改变谐振腔的谐振频率，根据谐振腔谐振时存在多个分立频点的特性，可实现在大频率范围测量介电常数。并且将同轴谐振腔的内导体拆分为螺纹连接的两段式结构，调节副内导体的位置，改变同轴谐振腔内局部内外导体的半径比，从而改变同轴谐振腔中局部电抗，使同轴谐振腔的品质因数发生变化，可将不同谐振频率的品质因数调整至最大。本发明扩展了传统谐振法测量介电常数的频率范围，提升了同轴谐振腔的测试性能，具有很强的实用性。

技术领域

本发明属于介电常数测量领域，具体涉及一种测量介电常数的可调谐同轴谐振腔。

背景技术

介电常数是物质的基本电磁参数，材料的微波介电常数是微波电路设计，微波天线研制等技术领域的重要基础参数，其测量方法也是重要的关键技术。目前比较常用的介电常数测量方法主要有集总电路法、传输线法、谐振法、自由空间法、六端口测量技术等等。集总电路法测量频段较低且不适用于低损耗的材料；传输线法适用于任何频段，测量精度高，但在求解过程中存在多值问题，需要对测试样品介电常数的初值进行估计，且对测试样品的形状有尺寸要求；谐振法操作简便，测量准确，但只能在分立的频点进行测量，对损耗角正切的测量误差较大，更适用于测量低损耗材料；自由空间法测量频带宽，适用于测量高损耗材料，但成本较高；六端口测量技术成本低廉，测量准确，但目前没有成熟的标准。

以上常用的介电常数测量方法可测量均匀样品的介电常数，但是难以测量样品的局部介电常数。C.Gao等人曾发表“Quantitative microwave near-field microscopy ofdielectric properties”，Review of Scientific Instruments 69,3846(1998)，以λ/4电容加载同轴谐振腔为主要结构制成的微波近场扫描显微镜，不仅可以实现介质表面的成像，也能获得物体局部微区的介电常数变化，并且提出镜像电荷法模型分析探针针尖与样品间的相互作用。将探针针尖与样品间的相互作用等效为局部电容，当样品的介电常数或探针与样品间的相对距离发生变化时，等效局部电容也会发生变化，使该谐振腔的谐振频率及品质因数发生变化，这一变化可使用谐振腔的微扰理论进行分析反演待测样品局部的介电常数。

λ/4电容加载同轴谐振腔的腔体长度一般为基模谐振频率下波长的四分之一。在此模式下进行测量即可获得此频点的物质介电常数，在目前已知的设计中，此频率一般在1-2GHz之间。实际上根据谐振腔理论，只要满足谐振腔内部模式为TEM模谐振频率都可以作为测试频率，这些谐振频率通常为基模谐振频率的奇数倍，因此可以实现固定的谐振腔在多个分立频点的测试。

另一方面，这种固定结构设计确定了系统的分立的可测试频点，包括这些分立频点的品质因数，在实际应用中受到一定的局限。为了能够大幅扩展可测试频率范围和提高介电常数测量精度，本发明提出了同轴谐振腔的可调机构，能够调节扩充可测试频率点范围，并且能够调节改善测量频点的品质因数，实现大频率范围高精度的介电常数测试。

发明内容

本发明的目的在于，提出了一种测量介电常数的可调谐同轴谐振腔，该可调谐同轴谐振腔通过探针测量物质局部的介电常数，解决了传统介电常数测量方法无法测量样品局部微区介电常数的问题；调整该可调谐同轴谐振腔的腔盖位置，可以改变该可调谐同轴谐振腔的基模谐振频率，再利用谐振腔多谐的特性，可以在不同频段内的多个可调频点测量物质介电常数，解决传统谐振法只能在固定的分立频点测量介电常数的问题；同时，调整副内导体的位置，可调节不同测试频点的品质因数至最佳，提升该可调谐同轴谐振腔的测试精度，解决以往谐振腔因机械加工误差及射频连接器存在缝隙等情况导致品质因数下降的问题。

为实现上述目的，本发明的具体方案如下：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：

所述同轴谐振腔用于在工作频率下产生谐振；