本實用新型屬于介電常數微波測量裝置技術領域，具體涉及一種電介質介電常數微波測量裝置。

背景技術：

物質的介電常數一直是物質與微波相互作用研究中的一個基礎而重要的問題。用來測量介電常數的方法有很多，主要可以分為諧振法和非諧振法。其中非諧振法相對簡單，在非諧振法中，傳輸-發(fā)射法在寬帶測量中得到了廣泛的應用，甚至被用來測量低損耗物質的介電常數。這種測量方法是通過加載被測物前后測試裝置的散射參數的幅度和相位的信息，通過復雜的去嵌入或者反演算法完成材料介電常數的計算及提取。因此測量時必須精確地獲取散射參數。尤其是當兩種媒質的介電常數非常接近時，所測得的散射參數的信息也會非常接近，傳統(tǒng)輸出-反射法如同軸線測量無法精準區(qū)分這些微小變化的信息，從而影響了對物質介電特性的判斷。本實用新型提供了一種基于混合環(huán)結構輸出端口終端開路的新型的測量裝置，采用兩路比較法提高測試靈敏度，實現了區(qū)分介電常數微小變化信息的測試。

技術實現要素：

本實用新型解決的技術問題是提供了一種基于混合環(huán)結構復合終端開路的電介質介電常數微波測量裝置，該測量裝置是通過在寬帶混合環(huán)的兩個輸出端口末端加載終端開路的支節(jié)組成的陣列附加結構來構成的，即采用終端開路的支節(jié)結構加載在兩個輸出端口上，從而組成陣列結構形式連同兩個輸出端口開路的混合環(huán)構成的新型結構，達到提高整個測量裝置介電常數測量靈敏度的目的。

本實用新型為解決上述技術問題采用如下技術方案，電介質介電常數微波測量裝置，其特征在于包括一個槽線結構的混合環(huán)，該混合環(huán)包括設置輸入端口、隔離端口及兩個同相輸出端口，混合環(huán)四分之一波長部分采用槽線與各端口相連，其中輸入端口及兩個輸出端口均采用對稱共面波導傳輸線，并在兩個輸出端口的中間導帶上對稱加載有多組陣列支節(jié)，該陣列支節(jié)由終端開路的共面波導傳輸線構造，從輸入端口到兩個終端開路的同相輸出端口形成兩條信號傳輸支路，其中一側的信號傳輸支路上設有用于盛放待測溶液的塑料管，隔離端口采用微波槽線。測試過程中，輸入端口及隔離端口分別通過SMA接頭與矢量網絡分析儀相連。

進一步優(yōu)選，所述的隔離端口采用刻蝕工藝制作有與微波槽線共面的巴倫，完成同軸接口與槽線結構之間的平衡/非平衡信號轉換。

本實用新型與現有技術相比具有以下有益效果：本實用新型提供的新型結構的兩個同相輸出端口末端開路并加載陣列支節(jié)的混合環(huán)測量裝置，在測量裝置保持相同容積的實驗條件下，對不同濃度的待測溶液進行測量，采用FEM數值算法探索了該測量裝置感知介電常數微弱變化信息的極限，其靈敏度遠遠高于傳統(tǒng)傳輸線方法，而且與單端口的同軸線測量方法相比，本實用新型提出的測量裝置為雙端口測量，可避免多解問題，因而其介電常數的測量結果更加精確可靠。

附圖說明

圖1是本實用新型的結構示意圖；

圖2是本實用新型中輸出端口開路并加載陣列支節(jié)的混合環(huán)的結構示意圖；

圖3是本實用新型中輸出端口開路并加載陣列支節(jié)的混合環(huán)空載時散射參數示意圖；

圖4是本實用新型中輸出端口開路并加載陣列支節(jié)的混合環(huán)負載時散射參數示意圖。

圖中：1、矢量網絡分析儀，2、塑料管，3、待測溶液，4、輸入端口，5、隔離端口，6、同相輸出端口，7、陣列支節(jié)，8、槽線，9、SMA接頭，10、傳輸線路，11、參考線路，12、巴倫。

具體實施方式

以下通過實施例對本實用新型的上述內容做進一步詳細說明，但不應該將此理解為本實用新型上述主題的范圍僅限于以下的實施例，凡基于本實用新型上述內容實現的技術均屬于本實用新型的范圍。

如圖1-2所示，電介質介電常數微波測量裝置，包括一個槽線結構的混合環(huán)，該混合環(huán)包括設置于輸入端口4和隔離端口5及兩個同相輸出端口6，混合環(huán)四分之一波長部分采用槽線8與各端口相連，其中輸入端口4和兩個同相輸出端口6均采用對稱共面波導傳輸線，在同相輸出端口6的中間導帶上對稱加載有多組陣列支節(jié)7，該陣列支節(jié)7為終端開路的共面波導結構，從輸入端口4到兩個終端開路的同相輸出端口6形成兩條信號傳輸支路，其中一側的信號傳輸支路上設有用于盛放待測溶液3的塑料管2，隔離端口5采用微波槽線，在隔離端口5采用刻蝕工藝制作有與槽線共面的巴倫12，完成同軸接口與槽線結構之間的平衡/非平衡信號轉換。測試過程中巴倫12及輸入端口4分別通過SMA接頭9與矢量網絡分析儀1相連。

采用有限元（FEM）數值方法對整個測量裝置進行模擬，按照實際尺寸建造如圖2所示的測量裝置模型結構，分別仿真出兩個同相輸出端口6開路并加載陣列支節(jié)7的混合環(huán)不放置任何待測溶液時的散射參數，如圖3所示。

理想情況下，微波信號由輸入端口4輸入，經四分之一波長變換大部分信號等幅同相到達兩個同相輸出端口6，隔離端口5無信號輸出。將由輸入端口4的信號傳輸到同相輸出端口6的兩條信號傳輸支路分別稱為傳輸線路10和參考線路11。當將不同濃度的乙醇溶液放置于傳輸線路10中的塑料管2內時，相當于在測量裝置內引入了不連續(xù)性結構，原有的信號傳輸平衡狀態(tài)將被打破，從而使測量裝置的輸入端口4及隔離端口5的散射參數信息發(fā)生變化，本實用新型正是根據這些變化信息計算待測溶液3的介電常數。

由于與矢量網絡分析儀1相連的接口為特征阻抗為50Ω的同軸線接口，這種同軸線接口是大多數儀器及信號發(fā)生器的標準接口。由于同軸是非平衡接口與槽線結構的平衡傳輸特性不匹配，需要在同軸接口與槽線結構之間采用平衡/非平衡轉換。本實用新型給出了寬帶范圍內平衡/非平衡轉換巴倫，即根據不同參數采用刻蝕工藝制作有與隔離端口5微波槽線共面的巴倫12，從而達到最佳匹配效果，完成平衡/非平衡信號轉換。

為了驗證本實用新型提出的同相輸出端口6開路并加載陣列支節(jié)7的混合環(huán)測量裝置在感知介電常數微小變化的有效性，下面通過實施例進行了一些相關的測量，即將摩爾濃度分別為0.05(x1）、0.09(x2)、0.12(x3)及0.14(x4)的乙醇溶液分別放置于上述的塑料管2內，其計算的測量裝置的散射參數信息如圖4所示，從圖4（a）和（b）可以看出，當測量裝置放上待測溶液2時，整個測量裝置的端口的散射參數發(fā)生了明顯的變化。并且圖4也說明了該測量裝置可感知的乙醇溶液的最小摩爾濃度差為0.02。表明本實用新型提出同相輸出端口6開路并加載陣列支節(jié)7的混合環(huán)測量裝置在微波波段內寬帶感知介電常數的微弱變化是十分有效的。

研究表明，采取兩線路相比較的測試方法。即一條為參考線路11，其上放置參考材料，另一條為傳輸線路10，其上放置被測材料，可大大提高測試靈敏度。本實用新型無需任何參考物，所述的參考物與被測物相同指的是整個測量裝置不放置任務物質（空載），當將被測物放置于塑料管中時稱之為負載，本實用新型是通過空載及負載兩種情況下散射參數的對比，進而獲得待測溶液的介電常數。并且本實用新型所提出的測量裝置在兩同相輸出端口6的末端加載陣列支節(jié)7，其增強了電磁場對待測溶液的作用，并敏感感知介電常數的微小變化引起的微弱的散射參數信息，因此可大幅度提高整個測量裝置的靈敏度。

以上實施例描述了本實用新型的基本原理、主要特征及優(yōu)點，本行業(yè)的技術人員應該了解，本實用新型不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本實用新型的原理，在不脫離本實用新型原理的范圍下，本實用新型還會有各種變化和改進，這些變化和改進均落入本實用新型保護的范圍內。