專利名稱：低損耗電介質(zhì)材料高溫復(fù)介電常數(shù)測(cè)試裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微波、毫米波技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及微波、毫米波低損耗電介質(zhì)材料的復(fù)介電 常數(shù)測(cè)試技術(shù)。
背景技術(shù)：
微波、毫米波低損耗電介質(zhì)材料在微波、毫米波器件和系統(tǒng)中應(yīng)用是十分廣泛。作為微 波、毫米波介質(zhì)的一個(gè)基本參數(shù)，復(fù)介電常數(shù)及其溫度特性是評(píng)價(jià)低損耗電介質(zhì)材料性能的 主要依據(jù)，也是進(jìn)行微波器件設(shè)計(jì)的重要參數(shù)。在進(jìn)行低損耗介質(zhì)材料的研究和應(yīng)用及其性 能評(píng)定時(shí)，都必須經(jīng)過(guò)其性能參數(shù)的實(shí)際測(cè)試。當(dāng)被測(cè)介質(zhì)為各向異性材料時(shí)，測(cè)試裝置中 電場(chǎng)的方向應(yīng)與材料實(shí)際應(yīng)用時(shí)的電場(chǎng)方向相同。當(dāng)材料應(yīng)用于天線罩等裝置時(shí)，電場(chǎng)方向 平行于樣品的表面。
國(guó)外對(duì)低損耗介質(zhì)材料復(fù)介電常數(shù)在微波頻段下的高溫測(cè)試工作己開展了多年，常用的 測(cè)試方法為諧振法。在諧振法中，通常采用圓柱形諧振腔。測(cè)量時(shí)，電場(chǎng)方向平行于樣品的表面。
文獻(xiàn)"黎義，李建保，何小瓦，采用諧振腔法研究透波材料的高溫介電性能，紅外與毫 米波學(xué)報(bào)，2004， Vol. 23， No. 2， pl57 160."中介紹了俄羅斯高溫介電性能測(cè)試儀。所采 用的腔體為圓柱形諧振腔，工作模式為TE一模式，測(cè)試溫度為15 1200°C，工作頻率為9 10GHz，采用氮?dú)鈿夥毡Ｗo(hù)。測(cè)試時(shí)，采用的方法為變腔長(zhǎng)法，即通過(guò)高溫下腔體長(zhǎng)度和無(wú)載 品質(zhì)因數(shù)的變化來(lái)進(jìn)行復(fù)介電常數(shù)的測(cè)量。這種方法需要在高溫下改變諧振腔下端蓋在腔筒 中的位置來(lái)進(jìn)行測(cè)量，測(cè)試裝置復(fù)雜。而且，腔體長(zhǎng)度變化的測(cè)量精度會(huì)嚴(yán)重影響介電常數(shù) 的測(cè)量精度。
文獻(xiàn)"郭高鳳，李恩，張其劭，李宏福，低損耗介質(zhì)材料復(fù)介電常數(shù)的變溫測(cè)試，航空 材料學(xué)報(bào)，2003， Vol.23增刊，p194 197."中采用圓柱形諧振腔在X波段對(duì)介質(zhì)的復(fù)介電 常數(shù)進(jìn)行了室溫 20(TC的變溫測(cè)試。測(cè)試采用的方法是固定腔長(zhǎng)法，文中采用在圓柱腔內(nèi)壁 鍍金的方法，以免在高溫下內(nèi)壁鍍層金屬氧化而導(dǎo)致腔體品質(zhì)因數(shù)下降。但金屬鍍層金能承 受的溫度有限，且若和基底金屬的膨脹系數(shù)相差過(guò)大時(shí)，容易產(chǎn)生脫落。當(dāng)溫度上升到1000 'C時(shí)，不易再采用這種方法。
文獻(xiàn)"ZhangG， NakaokaS, Kobayashi Y, Millimeter wave measurements of temperature dependence of complex permittivity of dielectric plates by the cavity resonance method, AMPC, 1997， p3913 3916"、 "Kobayashi Y， Shimizu T， Millimeter wave measurement dependence of complex permittivity of dielectric plates by a cavity resonance method, IEEEMTT-S， 1999， pl885 1888"、 "Shimizu T, Kobayashi Y, Millimeterwave measurements of temperature dependence of complex permittivity of GaAs disks by circular waveguide method, IEEE MTT-S, 2001， p2195 2198"中采用將圓柱形諧振腔 腔體在腔長(zhǎng)一半處切開，樣品放在兩個(gè)半腔體中間的方法進(jìn)行復(fù)介電常數(shù)的變溫測(cè)試，測(cè)試 溫度僅為10(TC，且測(cè)試裝置較為復(fù)雜。
綜上所述，國(guó)外在低損耗材料復(fù)介電常數(shù)高溫測(cè)試技術(shù)方面已研究了多年，通常采用圓 柱形諧振腔固定頻率點(diǎn)改變腔長(zhǎng)法或采用將樣品放在兩個(gè)半腔體中間的方法進(jìn)行低損耗材料 復(fù)介電常數(shù)的高溫測(cè)試。這些測(cè)試裝置較復(fù)雜、測(cè)量精度低，很難適應(yīng)低損耗材料復(fù)介電常 數(shù)的更高溫度的測(cè)試現(xiàn)狀要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)是提供一種高溫下低損耗電介質(zhì)材料復(fù)介電常數(shù)的測(cè)試方法及測(cè)試裝置。 該方法及裝置適合高溫環(huán)境下微波、毫米波頻段范圍內(nèi)介質(zhì)材料復(fù)介電常數(shù)的測(cè)試，為微波、 毫米波介質(zhì)材料復(fù)介電常數(shù)高溫溫度特性研究提供測(cè)試結(jié)果。
本發(fā)明詳細(xì)技術(shù)方案-
低損耗電介質(zhì)材料高溫復(fù)介電常數(shù)測(cè)試裝置，如圖1所示，包括微波信號(hào)源、圓柱形高 Q諧振腔、真空高溫爐和標(biāo)量網(wǎng)絡(luò)分析儀。圓柱形高Q諧振腔位于真空高溫爐中。
所述圓柱形高Q諧振腔，如圖2—圖4所示，包括圓柱型腔筒l、上端蓋2、下端蓋3和 連接波導(dǎo)4，下端蓋3與圓柱型腔筒1的下端固定連接，上端蓋2與圓柱型腔筒1的上端通 過(guò)連接螺栓5連接。其中圓柱型腔筒1由腔筒外層11和腔筒內(nèi)層12組成，上端蓋2由上端 蓋外層21和上端蓋內(nèi)層22組成，下端蓋3由下端蓋外層31和下端蓋內(nèi)層32組成，連接波 導(dǎo)4由高溫波導(dǎo)41、隔熱波導(dǎo)42和冷卻波導(dǎo)43依次連接而成。所述腔筒外層11、上端蓋外 層21和下端蓋外層31由厚層耐高溫支撐材料制成，所述腔筒內(nèi)層12、上端蓋內(nèi)層22和下 端蓋內(nèi)層32由薄層耐高溫貴金屬材料制成；所述腔筒內(nèi)層12、上端蓋內(nèi)層22和下端蓋內(nèi)層 32分別緊貼于腔筒外層11、上端蓋外層21和下端蓋外層31。在上端蓋2適當(dāng)位置開有兩個(gè) 耦合孔23，兩個(gè)連接波導(dǎo)4分別嵌入上端蓋2的上端蓋外層21支撐材料并與相應(yīng)耦合孔23 處的上端蓋內(nèi)層22固定連接。
兩個(gè)連接波導(dǎo)4中任意一個(gè)連接波導(dǎo)4作為圓柱形高Q諧振腔的微波信號(hào)輸入端，并通 過(guò)波導(dǎo)-同軸轉(zhuǎn)換接頭和同軸連接線與微波信號(hào)源的微波信號(hào)輸出端相連；另一個(gè)連接波導(dǎo)4 作為圓柱形高Q諧振腔的微波信號(hào)輸出端，并通過(guò)波導(dǎo)-同軸轉(zhuǎn)換接頭和同軸連接線與標(biāo)量網(wǎng) 絡(luò)分析儀的信號(hào)輸入端相連。
上述方案中，所述制作腔筒外層ll、上端蓋外層21和下端蓋外層31的厚層耐高溫支撐 材料應(yīng)當(dāng)是導(dǎo)熱性能良好且易于加工的材料，可以采用石墨，所述制作腔筒內(nèi)層12、上端蓋 內(nèi)層22和下端蓋內(nèi)層32的薄層耐高溫貴金屬材料應(yīng)當(dāng)是熔點(diǎn)高于100(TC并具有良好導(dǎo)電性 能的材料，可以采用鉑銠合金。
本發(fā)明所述的低損耗電介質(zhì)材料高溫復(fù)介電常數(shù)測(cè)試裝置在使用時(shí)，先將被測(cè)試樣品6 (如圖5所示)放入諧振腔內(nèi)的下端蓋上，用螺栓將上端蓋與圓柱型腔筒固定后，將圓柱形 高Q諧振腔腔體部分放入高溫爐中，待高Q諧振腔內(nèi)溫度與高溫爐內(nèi)溫度平衡后進(jìn)行測(cè)試。 測(cè)試時(shí)，高Q諧振腔的兩個(gè)耦合孔一個(gè)作為輸入耦合孔， 一個(gè)作為輸出耦合孔；兩個(gè)連接波 導(dǎo)一個(gè)作為輸入連接波導(dǎo)， 一個(gè)作為輸出連接波導(dǎo)。輸入連接波導(dǎo)與微波測(cè)試源相連，輸出 連接波導(dǎo)與標(biāo)量網(wǎng)絡(luò)分析儀相連，微波測(cè)試源信號(hào)經(jīng)輸入連接波導(dǎo)、輸入耦合孔進(jìn)入諧振腔， 測(cè)試信號(hào)經(jīng)輸出耦合孔、輸出連接波導(dǎo)進(jìn)入標(biāo)量網(wǎng)絡(luò)分析儀。
低損耗電介質(zhì)材料高溫復(fù)介電常數(shù)測(cè)試方法，包括如下步驟
步驟一、采用固定腔長(zhǎng)法，測(cè)量所用圓柱形高Q諧振腔在所設(shè)定溫度下的空腔諧振頻率
/。和無(wú)載品質(zhì)因數(shù)a，具體步驟如下
步驟l-l.將如圖2—圖4所示的圓柱形高Q諧振腔的諧振腔部分放入真空高溫爐，并將
所述圓柱形高Q諧振腔加熱至所設(shè)定的溫度條件。
所述圓柱形高Q諧振腔，包括圓柱型腔筒l、上端蓋2、下端蓋3和連接波導(dǎo)4，下端蓋 3與圓柱型腔筒1的下端固定連接，上端蓋2與圓柱型腔筒1的上端通過(guò)連接螺栓5連接。 其中圓柱型腔筒1由腔筒外層11和腔筒內(nèi)層12組成，上端蓋2由上端蓋外層21和上端蓋內(nèi) 層22組成，下端蓋3由下端蓋外層31和下端蓋內(nèi)層32組成，連接波導(dǎo)4由高溫波導(dǎo)41、 隔熱波導(dǎo)42和冷卻波導(dǎo)43依次連接而成。所述腔筒外層11、上端蓋外層21和下端蓋外層 31由厚層耐高溫支撐材料制成，所述腔筒內(nèi)層12、上端蓋內(nèi)層22和下端蓋內(nèi)層32由薄層耐 高溫貴金屬材料制成；所述腔筒內(nèi)層12、上端蓋內(nèi)層22和下端蓋內(nèi)層32分別緊貼于腔筒外 層ll、上端蓋外層21和下端蓋外層31。在上端蓋2適當(dāng)位置開有兩個(gè)耦合孔23，兩個(gè)連接 波導(dǎo)4分別嵌入上端蓋2的上端蓋外層21支撐材料并與相應(yīng)耦合孔23處的上端蓋內(nèi)層22固 定連接。
步驟1-2.測(cè)量所述圓柱形高Q諧振腔在步驟l-l.所設(shè)定的溫度條件下的空腔諧振頻率 /。和無(wú)載品質(zhì)因數(shù)g。，具體過(guò)程為
將所述圓柱形高Q諧振腔的兩個(gè)連接波導(dǎo)4中任意一個(gè)連接波導(dǎo)4作為圓柱形高Q諧振 腔的微波信號(hào)輸入端，并通過(guò)波導(dǎo)-同軸轉(zhuǎn)換接頭和同軸連接線與微波信號(hào)源的微波信號(hào)輸出 端相連；另一個(gè)連接波導(dǎo)4作為圓柱形高Q諧振腔的微波信號(hào)輸出端，并通過(guò)波導(dǎo)-同軸轉(zhuǎn)換 接頭和同軸連接線與標(biāo)量網(wǎng)絡(luò)分析儀的信號(hào)輸入端相連。
待真空高溫爐爐內(nèi)溫度與圓柱形高Q諧振腔腔內(nèi)溫度一致且達(dá)到步驟1-1.所設(shè)定的溫度 條件時(shí)，利用微波信號(hào)源輸入微波信號(hào)，并利用標(biāo)量網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)試所述圓柱形高Q諧振腔
的空腔諧振頻率/。和無(wú)載品質(zhì)因數(shù)a 。
步驟二、采用固定腔長(zhǎng)法，測(cè)量所用圓柱形高Q諧振腔在加載被測(cè)低損耗電介質(zhì)樣品后
在步驟l-i.所設(shè)定溫度下的諧振頻率y^和無(wú)載品質(zhì)因數(shù)a^所加載的被測(cè)低損耗電介質(zhì)樣品為圓片狀樣品，其厚度為J，直徑略小于所用圓柱形高Q諧振腔直徑D，被測(cè)低損耗電介 質(zhì)樣品應(yīng)緊靠于所用圓柱形高Q諧振腔的下端蓋內(nèi)層32。
步驟三、計(jì)算被測(cè)低損耗電介質(zhì)樣品在步驟l-l.所設(shè)定溫度下的復(fù)介電常數(shù)，具體步驟 如下-
步驟3-1.計(jì)算被測(cè)低損耗電介質(zhì)樣品在步驟l-l.所設(shè)定溫度下的相對(duì)介電常數(shù)^: 根據(jù)被測(cè)低損耗電介質(zhì)樣品放入圓柱形高Q諧振腔后的條件方程
<formula>formula see original document page 9</formula>
以及
和
<formula>formula see original document page 9</formula>
聯(lián)立求解，可得出被測(cè)低損耗電介質(zhì)樣品的相對(duì)介電常數(shù)^。上述三式中，c是光速，Z(^是 Bessel函數(shù)^(1。 )=0的根(w = 1， 2， 3，…)，；5。是腔體中空氣部分的相位常數(shù)，^是腔 體中圓盤狀被測(cè)低損耗電介質(zhì)樣品部分的相位常數(shù)。
步驟3-2.計(jì)算被測(cè)低損耗電介質(zhì)樣品在步驟l-l.所設(shè)定溫度下的損耗角正切tan4
由<formula>formula see original document page 9</formula>
及
<formula>formula see original document page 9</formula>其中<formula>formula see original document page 9</formula>即可求出被測(cè)低損耗電介質(zhì)樣品在步驟l-l.所設(shè)定溫度下的損耗角正切tan^ 。
通過(guò)以上步驟，即可測(cè)出被測(cè)低損耗電介質(zhì)樣品的復(fù)介電常數(shù)。
上述方案中，步驟l-l.所采用的圓柱形高Q諧振腔中所述制作腔筒外層ll、上端蓋外層 21和下端蓋外層31的厚層耐高溫支撐材料應(yīng)當(dāng)是導(dǎo)熱性能良好且易于加工的材料，可以采 用石墨，所述制作腔筒內(nèi)層12、上端蓋內(nèi)層22和下端蓋內(nèi)層32的薄層耐高溫貴金屬材料應(yīng) 當(dāng)是熔點(diǎn)高于1000'C并具有良好導(dǎo)電性能的材料，可以采用鉑銠合金。
本發(fā)明的實(shí)質(zhì)是采用真空高溫爐，利用薄壁高溫貴金屬材料制作圓柱形諧振腔腔體，并 采用高溫材料支撐薄壁腔體構(gòu)成圓柱形諧振腔，利用圓柱形諧振腔法實(shí)現(xiàn)低損耗電介質(zhì)材料 高溫復(fù)介電常數(shù)的測(cè)試。
需要說(shuō)明的是，本發(fā)明適合各個(gè)頻段低損耗電介質(zhì)材料復(fù)介電常數(shù)的高溫測(cè)試，即本發(fā) 明可以在不同頻段對(duì)各種介質(zhì)材料進(jìn)行復(fù)介電常數(shù)的高溫測(cè)試。
本發(fā)明的有益效果是
本發(fā)明的特點(diǎn)是設(shè)計(jì)并制作薄壁的高溫貴金屬材料諧振腔腔體，并外加高溫材料支撐腔 體，利用在不同溫度下加載樣品前后諧振腔的諧振頻率和無(wú)載品質(zhì)因數(shù)的變化，可完成介質(zhì) 材料復(fù)介電常數(shù)的高溫測(cè)試。適用頻率范圍為7 18GHz，測(cè)試溫度可達(dá)150(TC，具有可測(cè)溫 度高、成本低、測(cè)試方便、測(cè)試誤差小等優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明同樣適用于其它類型的諧振腔進(jìn)行復(fù)介電常數(shù)的測(cè)量，適合各個(gè)微波、毫米波頻 段范圍內(nèi)介質(zhì)材料復(fù)介電常數(shù)的髙溫測(cè)試。微波、毫米波材料的高溫復(fù)介電常數(shù)測(cè)試數(shù)據(jù)， 對(duì)于更加準(zhǔn)確地應(yīng)用微波介質(zhì)材料具有重要的意義，為介質(zhì)材料復(fù)介電常數(shù)高溫溫度特性研 究提供了寶貴數(shù)據(jù)。


圖1本發(fā)明的低損耗電介質(zhì)材料高溫復(fù)介電常數(shù)測(cè)試裝置示意圖。 圖2本發(fā)明的低損耗電介質(zhì)材料高溫復(fù)介電常數(shù)測(cè)試裝置中所述圓柱形高Q諧振腔的 立體圖。
其中，l是圓柱型腔筒，2是上端蓋，3是下端蓋，4是連接波導(dǎo)。
圖3本發(fā)明的低損耗電介質(zhì)材料高溫復(fù)介電常數(shù)測(cè)試裝置中所述圓柱形高Q諧振腔的 剖面圖。
其中，ll是腔筒外層，12是腔筒內(nèi)層，21是上端蓋外層，22是上端蓋內(nèi)層，23是耦合 孔，31是下端蓋外層，32是下端蓋內(nèi)層，41是高溫波導(dǎo)，42是隔熱波導(dǎo)，43是冷卻波導(dǎo)， 5是連接螺栓。
圖4本發(fā)明的低損耗電介質(zhì)材料高溫復(fù)介電常數(shù)測(cè)試裝置中所述圓柱形高Q諧振腔的 俯視圖。
圖5本發(fā)明的低損耗電介質(zhì)材料高溫復(fù)介電常數(shù)測(cè)試裝置中所述圓柱形高Q諧振腔加 載被測(cè)試樣品后的剖視圖。 其中，6是被測(cè)試樣品。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供的低損耗電介質(zhì)材料高溫復(fù)介電常數(shù)測(cè)試裝置，其中所述圓柱形高Q諧振腔 中，為增加上端蓋2和腔筒1之間的連接，以防止微波泄漏，共采用8顆連接螺栓進(jìn)行緊固。 下端蓋3與圓柱型腔筒1的下端采取焊接方式固定連接，連接波導(dǎo)4與上端蓋內(nèi)層22采取焊 接方式固定連接；高溫波導(dǎo)41、隔熱波導(dǎo)42和冷卻波導(dǎo)43之間可采取焊接方式固定連接， 也可采取其他方式連接，但應(yīng)保證沒(méi)有微波泄漏。整個(gè)圓柱形高Q諧振腔的腔體直徑和腔體 長(zhǎng)度可根據(jù)測(cè)試頻率范圍和高Q腔所選用的工作模式具體設(shè)計(jì)。
對(duì)于諧振腔的耦合孔，可以開在諧振腔的上端蓋，也可以開在腔筒兩側(cè)。對(duì)于諧振腔， 也可采用耦合環(huán)的方式進(jìn)行輸入、輸出耦合。耦合孔或耦合環(huán)應(yīng)處在易于激勵(lì)工作模式、抑 制雜模的位置。
在設(shè)計(jì)腔體的上端蓋或下端蓋時(shí)，可采用不接觸活塞并添加吸波材料的方法，抑制簡(jiǎn)并 模。所添加的吸波材料應(yīng)能夠耐高溫、性能穩(wěn)定，且不揮發(fā)或流出物質(zhì)，以免損傷腔體。
為保護(hù)本發(fā)明提供的低損耗電介質(zhì)材料高溫復(fù)介電常數(shù)測(cè)試裝置中的圓柱形高Q諧振 腔，在使用時(shí)，可對(duì)真空高溫爐抽真空或抽真空并充氮?dú)饣驓鍤?，這樣可以延長(zhǎng)圓柱形高Q 諧振腔的使用壽命。
權(quán)利要求
1、低損耗電介質(zhì)材料高溫復(fù)介電常數(shù)測(cè)試裝置，包括微波信號(hào)源、圓柱形高Q諧振腔、真空高溫爐和標(biāo)量網(wǎng)絡(luò)分析儀；圓柱形高Q諧振腔位于真空高溫爐中；其特征在于，所述圓柱形高Q諧振腔，包括圓柱型腔筒(1)、上端蓋(2)、下端蓋(3)和連接波導(dǎo)(4)；下端蓋(3)與圓柱型腔筒(1)的下端固定連接，上端蓋(2)與圓柱型腔筒(1)的上端通過(guò)連接螺栓(5)連接；所述圓柱型腔筒(1)由腔筒外層(11)和腔筒內(nèi)層(12)組成，所述上端蓋(2)由上端蓋外層(21)和上端蓋內(nèi)層(22)組成，所述下端蓋(3)由下端蓋外層(31)和下端蓋內(nèi)層(32)組成，所述連接波導(dǎo)(4)由高溫波導(dǎo)(41)、隔熱波導(dǎo)(42)和冷卻波導(dǎo)(43)依次連接而成；所述腔筒外層(11)、上端蓋外層(21)和下端蓋外層(31)由厚層耐高溫支撐材料制成，所述腔筒內(nèi)層(12)、上端蓋內(nèi)層(22)和下端蓋內(nèi)層(32)由薄層耐高溫貴金屬材料制成；所述腔筒內(nèi)層(12)、上端蓋內(nèi)層(22)和下端蓋內(nèi)層(32)分別緊貼于腔筒外層(11)、上端蓋外層(21)和下端蓋外層(31)；在所述上端蓋(2)適當(dāng)位置開有兩個(gè)耦合孔(23)，兩個(gè)連接波導(dǎo)(4)分別嵌入上端蓋(2)的上端蓋外層(21)支撐材料并與相應(yīng)耦合孔(23)處的上端蓋內(nèi)層(22)固定連接；兩個(gè)連接波導(dǎo)(4)中任意一個(gè)連接波導(dǎo)(4)作為圓柱形高Q諧振腔的微波信號(hào)輸入端，并通過(guò)波導(dǎo)-同軸轉(zhuǎn)換接頭和同軸連接線與微波信號(hào)源的微波信號(hào)輸出端相連；另一個(gè)連接波導(dǎo)(4)作為圓柱形高Q諧振腔的微波信號(hào)輸出端，并通過(guò)波導(dǎo)-同軸轉(zhuǎn)換接頭和同軸連接線與標(biāo)量網(wǎng)絡(luò)分析儀的信號(hào)輸入端相連。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的低損耗電介質(zhì)材料高溫復(fù)介電常數(shù)測(cè)試裝置，其特征在于，所 述制作腔筒外層(11)、上端蓋外層(21)和下端蓋外層(31)的厚層耐高溫支撐材料是導(dǎo)熱 性能良好且易于加工的材料，所述制作腔筒內(nèi)層(12)、上端蓋內(nèi)層(22)和下端蓋內(nèi)層(32) 的薄層耐高溫貴金屬材料的熔點(diǎn)高于100(TC并具有良好導(dǎo)電性能。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于高溫下微波測(cè)試的圓柱形高Q諧振腔，其特征在于，所述 制作腔筒外層(11)、上端蓋外層(21)和下端蓋外層(31)的厚層耐高溫支撐材料是石墨， 所述制作腔筒內(nèi)層(12)、上端蓋內(nèi)層(22)和下端蓋內(nèi)層(32)的薄層耐高溫貴金屬材料是 鉑銠合金。
4、 低損耗電介質(zhì)材料高溫復(fù)介電常數(shù)測(cè)試方法，包括如下步驟步驟一、采用固定腔長(zhǎng)法，測(cè)量所用圓柱形高Q諧振腔在所設(shè)定溫度下的空腔諧振頻率 /。和無(wú)載品質(zhì)因數(shù)a，具體步驟如下步驟1-1.將圓柱形高Q諧振腔的諧振腔部分放入真空高溫爐，并將所述圓柱形高Q諧振 腔加熱至所設(shè)定的溫度條件；所述圓柱形高Q諧振腔，包括圓柱型腔筒(1)、上端蓋(2)、下端蓋(3)和連接波導(dǎo)(4); 下端蓋(3)與圓柱型腔筒(1)的下端固定連接，上端蓋(2)與圓柱型腔筒(1)的上端通 過(guò)連接螺栓(5)連接；所述圓柱型腔筒(1)由腔筒外層(11)和腔筒內(nèi)層(12)組成，所 述上端蓋(2)由上端蓋外層(21)和上端蓋內(nèi)層(22)組成，所述下端蓋(3)由下端蓋外 層(31)和下端蓋內(nèi)層(32)組成，所述連接波導(dǎo)(4)由高溫波導(dǎo)(41)、隔熱波導(dǎo)(42) 和冷卻波導(dǎo)(43)依次連接而成；所述腔筒外層(11)、上端蓋外層(21)和下端蓋外層(31) 由厚層耐高溫支撐材料制成，所述腔筒內(nèi)層(12)、上端蓋內(nèi)層(22)和下端蓋內(nèi)層(32)由 薄層耐高溫貴金屬材料制成；所述腔筒內(nèi)層(12)、上端蓋內(nèi)層(22)和下端蓋內(nèi)層(32)分 別緊貼于腔筒外層(11)、上端蓋外層(21)和下端蓋外層(31);在所述上端蓋(2)適當(dāng)位 置開有兩個(gè)耦合孔(23)，兩個(gè)連接波導(dǎo)(4)分別嵌入上端蓋(2)的上端蓋外層(21)支撐 材料并與相應(yīng)耦合孔(23)處的上端蓋內(nèi)層(22)固定連接；步驟1-2.測(cè)量所述圓柱形高Q諧振腔在步驟l-l.所設(shè)定的溫度條件下的空腔諧振頻率 /。和無(wú)載品質(zhì)因數(shù)0)，具體過(guò)程為將所述圓柱形高Q諧振腔的兩個(gè)連接波導(dǎo)4中任意一個(gè)連接波導(dǎo)4作為圓柱形高Q諧振 腔的微波信號(hào)輸入端，并通過(guò)波導(dǎo)-同軸轉(zhuǎn)換接頭和同軸連接線與微波信號(hào)源的微波信號(hào)輸出 端相連；另一個(gè)連接波導(dǎo)4作為圓柱形高Q諧振腔的微波信號(hào)輸出端，并通過(guò)波導(dǎo)-同軸轉(zhuǎn)換 接頭和同軸連接線與標(biāo)量網(wǎng)絡(luò)分析儀的信號(hào)輸入端相連；待真空高溫爐爐內(nèi)溫度與圓柱形高Q諧振腔腔內(nèi)溫度一致且達(dá)到步驟1-l.所設(shè)定的溫度 條件時(shí)，利用微波信號(hào)源輸入微波信號(hào)，并利用標(biāo)量網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)試所述圓柱形高Q諧振腔的空腔諧振頻率/。和無(wú)載品質(zhì)因數(shù)Q);步驟二、采用固定腔長(zhǎng)法，測(cè)量所用圓柱形高Q諧振腔在加載被測(cè)低損耗電介質(zhì)樣品后 在步驟1-1.所設(shè)定溫度下的諧振頻率/?！旰蜔o(wú)載品質(zhì)因數(shù)2?！?所加載的被測(cè)低損耗電介質(zhì)樣品為圓片狀樣品，其厚度為A直徑略小于所用圓柱形高Q諧振腔直徑D，被測(cè)低損耗電介 質(zhì)樣品應(yīng)緊靠于所用圓柱形高Q諧振腔的下端蓋內(nèi)層32;步驟三、計(jì)算被測(cè)低損耗電介質(zhì)樣品在步驟l-l.所設(shè)定溫度下的復(fù)介電常數(shù)，具體步驟 如下步驟3-1.計(jì)算被測(cè)低損耗電介質(zhì)樣品在歩驟l-l.所設(shè)定溫度下的相對(duì)介電常數(shù)s, 根據(jù)被測(cè)低損耗電介質(zhì)樣品放入圓柱形高Q諧振腔后的條件方程<formula>formula see original document page 4</formula>以及<formula>formula see original document page 4</formula>和<formula>formula see original document page 4</formula>聯(lián)立求解，可得出被測(cè)低損耗電介質(zhì)樣品的相對(duì)介電常數(shù)s,;上述三式中，c是光速，X。M是 Bessel函數(shù)J;(;^ — 0的根= 1， 2， 3，…)，；5。是腔體中空氣部分的相位常數(shù)，&是腔 體中圓盤狀被測(cè)低損耗電介質(zhì)樣品部分的相位常數(shù)；步驟3-2.計(jì)算被測(cè)低損耗電介質(zhì)樣品在步驟l-l.所設(shè)定溫度下的損耗角正切tan^ :由<formula>formula see original document page 4</formula>及<formula>formula see original document page 4</formula> 即可求出被領(lǐng)J低損耗電介質(zhì)樣品在步驟1-1.所設(shè)定溫度下的損耗角正切1&11& ;通過(guò)以上步驟，即可測(cè)出被測(cè)低損耗電介質(zhì)樣品的復(fù)介電常數(shù)c
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的低損耗電介質(zhì)材料高溫復(fù)介電常數(shù)測(cè)試方法，其特征在于，所 述步驟1-1.所采用的圓柱形高Q諧振腔中，所述制作腔筒外層(11)、上端蓋外層(21)和下 端蓋外層(31)的厚層耐高溫支撐材料是導(dǎo)熱性能良好且易于加工的材料，所述制作腔筒內(nèi) 層(12)、上端蓋內(nèi)層(22)和下端蓋內(nèi)層(32)的薄層耐高溫貴金屬材料的熔點(diǎn)高于1000 'C并具有良好導(dǎo)電性能。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的低損耗電介質(zhì)材料高溫復(fù)介電常數(shù)測(cè)試方法，其特征在于，所 述步驟1-1.所采用的圓柱形高Q諧振腔中，所述制作腔筒外層(11)、上端蓋外層(21)和下 端蓋外層(31)的厚層耐高溫支撐材料是石墨，所述制作腔筒內(nèi)層(12)、上端蓋內(nèi)層(22) 和下端蓋內(nèi)層(32)的薄層耐高溫貴金屬材料是鉑銠合金。
全文摘要
低損耗電介質(zhì)材料高溫復(fù)介電常數(shù)測(cè)試裝置及方法，屬于微波、毫米波低損耗電介質(zhì)材料復(fù)介電常數(shù)測(cè)試技術(shù)。測(cè)試裝置包括微波信號(hào)源、圓柱形高Q諧振腔、標(biāo)量網(wǎng)絡(luò)分析儀和真空高溫爐，所述圓柱形高Q諧振腔包括圓柱腔筒、上端蓋、下端蓋和連接波導(dǎo)，整個(gè)諧振腔采用薄壁貴金屬制作腔體，采用耐高溫材料制作支撐體。采用本測(cè)試裝置，首先測(cè)量高溫下諧振腔的空腔諧振頻率f₀和無(wú)載品質(zhì)因數(shù)Q₀，然后測(cè)量相同高溫下加載低損耗電介質(zhì)被測(cè)樣品后諧振腔的諧振頻率f_0ε和無(wú)載品質(zhì)因數(shù)Q_0ε，最后算出低損耗電介質(zhì)材料高溫復(fù)介電常數(shù)。本發(fā)明具有適用頻率范圍寬、可測(cè)溫度高、成本低、測(cè)試方便、測(cè)試誤差小等優(yōu)點(diǎn)，適合各個(gè)微波、毫米波頻段范圍內(nèi)介質(zhì)材料復(fù)介電常數(shù)的高溫測(cè)試。
文檔編號(hào)G01R27/26GK101187683SQ20071005035
公開日2008年5月28日 申請(qǐng)日期2007年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月30日
發(fā)明者何鳳梅, 張其劭, 張大海, 恩 李, 李仲平, 王金明, 聶在平, 郭高鳳 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)