X波段準(zhǔn)光腔材料的測定方法及其介電常數(shù)測量方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種X波段準(zhǔn)光腔材料的測定方法，該測定方法包括如下步驟：1)根據(jù)準(zhǔn)光腔腔體材質(zhì)或鍍層材質(zhì)確定趨膚深度；2)根據(jù)準(zhǔn)光腔品質(zhì)因數(shù)和趨膚深度Q確定腔長D取值范圍；3)根據(jù)準(zhǔn)光腔曲率因子和本征譜線純度確定球面鏡曲率半徑R取值范圍；4)確定準(zhǔn)光腔球面鏡口徑A1為350mm；5)確定準(zhǔn)光腔平面鏡直徑A2為250mm；6)確定準(zhǔn)光腔的信號耦合性，所述準(zhǔn)光腔的球面鏡頂端與耦合波導(dǎo)的底端固定連接。該測量方法簡單便捷，測量準(zhǔn)確度較高。
【專利說明】X波段準(zhǔn)光腔材料的測定方法及其介電常數(shù)測量方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種準(zhǔn)光腔材料介電常數(shù)測量方法，特別是涉及一種X波段準(zhǔn)光腔材 料的測定方法及其介電常數(shù)測量方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 準(zhǔn)光腔法以非破壞性、適于小損耗材料高精度測量等優(yōu)點(diǎn)在毫米波頻段被廣泛采 用。在厘米波頻段測量小損耗材料廣泛采用封閉諧振腔，但該方法對材料加工要求嚴(yán)格，不 易實現(xiàn)溫度環(huán)境模擬，且決定小損耗測量能力的品質(zhì)因數(shù)很難超過1萬。
[0003] 準(zhǔn)光腔法基本原理是通過比較被測材料放入前后諧振頻率或腔長、品質(zhì)因數(shù)的變 化，結(jié)合被測材料厚度、初始腔長等參數(shù)，推導(dǎo)出介電常數(shù)和損耗角正切。準(zhǔn)光腔測量屬于 諧振腔法，具有多值特點(diǎn)，且測量精度與諧振頻率、被測樣品厚度密切相關(guān)。只有諧振頻率、 被測樣品厚度都選擇合適才能得到足夠高的測量精度。這就要求測量前需要知道被測樣品 介電常數(shù)的估計值，才能根據(jù)測量頻率設(shè)計出合適的樣品厚度，得到準(zhǔn)確唯一的介電常數(shù) 測量結(jié)果。但大多數(shù)情況下，被測樣片的介電常數(shù)未知，如何設(shè)計被測樣品厚度才能得到高 準(zhǔn)確度的介電常數(shù)測量結(jié)果。傳統(tǒng)的解決方法是通過測量兩個不同厚度的被測樣品確定其 介電常數(shù)。但經(jīng)過理論驗證該方法不僅麻煩，而且不能完全有效的解決介電常數(shù)多值問題。
[0004] 采用準(zhǔn)光腔測量材料介電常數(shù)時，通常要求被測樣品放入準(zhǔn)光腔后的諧振頻率偏 移量小于相鄰模式的頻率間隔。實際測量過程中，相鄰模式的頻率間隔一般為幾百兆赫茲， 如果被測樣品介電常數(shù)較大或厚度較厚，則放入準(zhǔn)光腔后引起的頻偏將大于相鄰模式的頻 率間隔，尋找與空腔模式相同的有載模式變得十分困難。傳統(tǒng)測量方法限制介電常數(shù)在很 小的一個可測量范圍。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對以上現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種X波段準(zhǔn)光腔材料的測定方法及其介 電常數(shù)測量方法，已提高X波段準(zhǔn)光腔的品質(zhì)因數(shù)，同時能夠?qū)崿F(xiàn)X波段小損耗材料介電常 數(shù)的高精度測量。
[0006] 本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：
[0007] X波段準(zhǔn)光腔材料的測定方法，該測定方法包括如下步驟：
[0008] 1)根據(jù)準(zhǔn)光腔腔體材質(zhì)或鍍層材質(zhì)確定趨膚深度；
[0009] 2)根據(jù)準(zhǔn)光腔品質(zhì)因數(shù)和趨膚深度Q確定腔長D取值范圍；
[0010] 3)根據(jù)準(zhǔn)光腔曲率因子和本征譜線純度確定球面鏡曲率半徑R取值范圍；
[0011] 4)確定準(zhǔn)光腔球面鏡口徑A1為350mm ;
[0012] 5)確定準(zhǔn)光腔平面鏡直徑A2為250mm ;
[0013] 6)確定準(zhǔn)光腔的信號耦合性，所述準(zhǔn)光腔的球面鏡頂端與耦合波導(dǎo)的底端固定連 接。
[0014] 進(jìn)一步，所述腔體材質(zhì)采用黃銅時，在8. 2GHz?12. 4GHz頻率范圍，趨膚深度δ =(1· 14 ?1· 4) um ;
[0015] 所述品質(zhì)因數(shù)Q大于8萬時，由式⑴得到D大于224. 4mm，選取D = 250mm;
[0016] D > 2 δ Q (1)
[0017] 所述球面鏡曲率半徑R e [320mm, 333mm];
[0018] 所述耦合波導(dǎo)的耦合孔之間設(shè)置有0. 5mm的縫隙。
[0019] X波段準(zhǔn)光腔材料測量介電常數(shù)的方法，該方法包括如下步驟：
[0020] 1)在X波段準(zhǔn)光腔工作頻段內(nèi)等間隔選擇多個測試頻點(diǎn)；
[0021] 2)對所述多個測試頻點(diǎn)下，被測樣品進(jìn)行介電常數(shù)測量，得到各個介電常數(shù)結(jié) 果；
[0022] 3)將所述各個介電常數(shù)結(jié)果進(jìn)行描點(diǎn)，得到介電常數(shù)的起伏曲線；
[0023] 4)取所述起伏曲線的中心值，該中心值即為被測樣品最終介電常數(shù)結(jié)果。
[0024] 本發(fā)明的有益效果如下：
[0025] 本發(fā)明提出一種新的X波段準(zhǔn)光腔測量方法，新的測量方法簡單便捷，測量準(zhǔn)確 度較高，為準(zhǔn)光腔法的應(yīng)用開拓了新的測量思路。本發(fā)明提出的一種多模式組合測量方法， 拓展了介電常數(shù)的可測量范圍，增強(qiáng)了該方法的可用性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0026] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0027] 圖1(a)示出準(zhǔn)光腔球面鏡俯視圖；
[0028] 圖1(b)示出耦合波導(dǎo)底端仰視圖；
[0029] 圖1(c)示出耦合波導(dǎo)側(cè)視圖。
[0030] 圖2示出耦合波導(dǎo)與球面鏡位置示意圖；
[0031] 圖3示出準(zhǔn)光腔不同模式下多個諧振頻率圖。

【具體實施方式】
[0032] 為了更清楚地說明本發(fā)明，下面結(jié)合優(yōu)選實施例和附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的說 明。附圖中相似的部件以相同的附圖標(biāo)記進(jìn)行表示。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，下面所具 體描述的內(nèi)容是說明性的而非限制性的，不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0033] 本發(fā)明提供一種X波段準(zhǔn)光腔，品質(zhì)因數(shù)最高達(dá)5萬以上，實現(xiàn)X波段（8. 2GHz? 12. 4GHz)小損耗材料介電常數(shù)的高精度測量；同時提出一種新的X波段準(zhǔn)光腔測量方法， 當(dāng)介電常數(shù)未知時，通過測量一塊任意厚度的被測樣品得到其介電常數(shù)真值；還提出了一 種多模式組合測量方法，拓展了介電常數(shù)的可測量范圍。本發(fā)明解決了 X波段小損耗材料 介電常數(shù)的高精度測量問題，為其它厘米波頻段小損耗材料介電常數(shù)的測量提供參考依 據(jù)。新的測量方法簡單便捷，測量準(zhǔn)確度較高，為準(zhǔn)光腔法的應(yīng)用開拓了新的測量思路。多 模式組合測量方法拓寬了準(zhǔn)光腔的測量范圍，增強(qiáng)了該方法的可用性。
[0034] X波段準(zhǔn)光腔采用傳輸式半對稱結(jié)構(gòu)，X波段準(zhǔn)光腔材料的測定方法包括如下內(nèi) 容。
[0035] 1)根據(jù)腔體材質(zhì)或鍍層材質(zhì)計算趨膚深度，本發(fā)明采用黃銅加工準(zhǔn)光腔，在 8. 2GHz?12. 4GHz頻率范圍，趨膚深度δ = (1. 14?1. 4)um。
[0036] 2)根據(jù)品質(zhì)因數(shù)Q確定目標(biāo)推出腔長D取值范圍，擬設(shè)計Q大于8萬，由式⑴得 到 D 大于 224. 4mm,選取 D = 250mm。
[0037] D > 2 δ Q (1)
[0038] 3)根據(jù)曲率因子和本征譜線純度確定球面鏡曲率半徑R取值范圍。
[0039] 首先，曲率因子一般取值（0. 2, 0. 6)，即

【權(quán)利要求】
1. X波段準(zhǔn)光腔材料的測定方法，其特征在于，該測定方法包括如下步驟： 1) 根據(jù)準(zhǔn)光腔腔體材質(zhì)或鍍層材質(zhì)確定趨膚深度； 2) 根據(jù)準(zhǔn)光腔品質(zhì)因數(shù)和趨膚深度Q確定腔長D取值范圍； 3) 根據(jù)準(zhǔn)光腔曲率因子和本征譜線純度確定球面鏡曲率半徑R取值范圍； 4) 確定準(zhǔn)光腔球面鏡口徑A1為350mm ; 5) 確定準(zhǔn)光腔平面鏡直徑A2為250mm ; 6) 確定準(zhǔn)光腔的信號耦合性，所述準(zhǔn)光腔的球面鏡頂端與耦合波導(dǎo)的底端固定連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的X波段準(zhǔn)光腔材料的測定方法，其特征在于， 所述腔體材質(zhì)采用黃銅時，在8. 2GHz?12. 4GHz頻率范圍，趨膚深度δ = (1.14? 1. 4) um ； 所述品質(zhì)因數(shù)Q大于8萬時，由式⑴得到D大于224. 4mm，選取D = 250mm; D > 2 δ Q (1) 所述球面鏡曲率半徑RG [320mm, 333mm]; 所述耦合波導(dǎo)的耦合孔之間設(shè)置有〇. 5mm的縫隙。 3. X波段準(zhǔn)光腔材料測量介電常數(shù)的方法，其特征在于，該方法包括如下步驟： 1) 在X波段準(zhǔn)光腔工作頻段內(nèi)等間隔選擇多個測試頻點(diǎn)； 2) 對所述多個測試頻點(diǎn)下，被測樣品進(jìn)行介電常數(shù)測量，得到各個介電常數(shù)結(jié)果； 3) 將所述各個介電常數(shù)結(jié)果進(jìn)行描點(diǎn)，得到介電常數(shù)的起伏曲線； 4) 取所述起伏曲線的中心值，該中心值即為被測樣品最終介電常數(shù)結(jié)果。
【文檔編號】G01R27/26GK104155527SQ201410367101
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年7月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月29日
【發(fā)明者】張娜, 成俊杰, 張國華, 高春彥, 楊初 申請人:北京無線電計量測試研究所