[发明专利]一腔多模宽频多点微波介质复介电常数测试方法

摘要

本发明提供了一种一腔多模宽频多点微波介质复介电常数测试方法，它是通过设计并制作出宽频带内模式“干净”的多频率点、高Q圆柱测试谐振腔，在2～18GHz频带内，计算各目标模式的谐振频率，完成测试空腔谐振器中各目标模式的识别，从而获得腔体内所需模式的等效“腔体尺寸”和无载品质因数Q0；对介质加载后的谐振腔，用次低所需模式的测试结果计算各受扰目标模式的频率，完成不同模式的受扰后谐振频率的自动寻找，测得样品加载后的谐振频率和无载品质因数Q0。最后，根据测得的数据完成不同频率的电介质复介电常数测试。

主权项

1.一种一腔多模宽频多点微波介质复介电常数测试方法，其特征是采用以下步骤实现的：第一步，谐振腔的研制本发明首先根据测试需要，设计出了分别覆盖2～7GHz和7～18GHz的两个一腔多模圆柱谐振腔，即大腔体和小腔体，根据式(1)，可编程计算出不同模式的谐振频率，由需要的模式频率即目标模式频率，满足目标模式与上下相邻模式的频率差比目标模式谐振曲线3dB点带宽大100倍以上的条件，确定所述两个谐振腔体的尺寸D和L1；(f0D)2=(cπX0m)2+(cn2)2(DL1)2---(1)第二步，谐振空腔所需模式的等效“腔体尺寸”L和无载品质因数Q0的获得由空腔的设计尺寸直径D和长度L1，根据式(1)计算得到低模式TE011的谐振频率；由于低模式区的模式密度小，可很方便地找到目标模式，测得此模式的谐振频率f0和无载品质因数Q0，腔体的直径D为固定值，将此谐振频率f0带入式(1)计算得到腔体最低模式TE011的等效准确长度L；根据得到所需低模式的腔体等效长度L，由式(1)解得所需高模式TE0mn模式的谐振频率的初值；用网络分析仪在这些谐振频率附近测得各TE0mn模式的的谐振频率f0和无载品质因数Q0，将测得的谐振频率f0带入式(1)计算就可以得到对应模式的精确等效长度L；第三步，被测样品加载谐振腔后，各个所需模式的谐振频率和无载品质因数的获得测得样品加载谐振腔在该最低模式TE011或TE012的的谐振频率f0ε和无载品质因数Q0ε，由式(2)、(3)、(4)计算出被测样品在模式TE011的介电常数εr，以此εr值代入式(2)、(3)、(4)计算高一次所需模式TE0mn模的受扰谐振频率；设置网络分析仪的中心频率为计算所得高一次所需模式TE0mn的受扰谐振频率，可准确测得高一次所需模式的谐振频率f0ε和无载品质因数Q0ε；依此类推，可测得样品加载后各种所需模式TE0mn的谐振频率f0ε和无载品质因数Q0ε；βϵ2=[(2πf0ϵ/c)2ϵr-(2X0m/D)2]----(2)β02=[(2πf0ϵ/c)2-(2X0m/D)2]---(3)tan(βϵd)βϵ+tan[β0(L-d)]β0=0----(4)tanδ=(1+upvϵr)[1Q0ϵ-1Q00']---(5)其中1Q00'=1Q00(f0f0ϵ)52[(2X0mD)2(pv+u)+D(pβϵ2+β02)](pvϵr+u)[(2X0mD)2(1-DL)+(2πf0c)2DL]---(6)p=[sinβ0(L-d)sinβϵd]2---(7)u=2(L-d)-sin2β0(L-d)β0---(8)v=2d-sin2βϵdβϵ---(9)π＝3.1415926(10)第四步，样品复介电常数的计算根据第二步得到的得到的各种所需模式的等效腔体尺寸L和无载品质因数Q0，以及第三步得到的样品加载谐振腔的各种对应所需谐振频率f0ε和无载品质因数Q0ε；分别由式(2)、(3)、(4)计算出不同频率下的介电常数εr，由式(5)、(6)、(7)、(8)、(9)、(10)计算得到不同频率下的损耗角正切tanδ。