[发明专利]一种用于高温下微波测试的圆柱形高Q谐振腔

说明书

技术领域

一种用于高温下微波测试的圆柱形高Q谐振腔，属于微波测试技术领域，特别涉及微波电介质的复介电常数测试技术。

背景技术

微波电介质材料在微波器件、微波系统中的应用极为广泛，在对这些微波介质材料的研制和使用过程中，需要对其电参数即复介电常数进行准确的测量。

当微波电介质为低损耗材料时，通常采用的方法为谐振腔法。所用谐振腔可为带状线谐振器、圆柱形谐振腔、矩形谐振腔、准光腔、螺旋线谐振腔等。对于要求电场极化方向平行于微波电介质样品表面的复介电常数的测试，常采用圆柱形谐振腔，因其Q值较高，且所用的被测微波电介质样品尺寸较小。圆柱形谐振腔法因其品质因数Q较高，又称其为高Q腔。

采用高Q腔法进行微波电介质复介电常数测试时，有两种测试方法，一种为固定谐振频率法，另外一种为固定腔长法。在固定谐振频率法中，腔体的谐振频率在加载微波电介质样品前后为一固定值，通过加载微波电介质样品前后腔体长度和品质因数的变化来计算得到复介电常数。在固定腔长法中，则固定腔体的长度，通过加载微波电介质样品前后谐振频率和品质因数的变化来计算复介电常数。

文献“Eric J.Vanzura，William A.Kissick.Advances in NIST dielectric measurementcapability using a mode-filtered cylindrical cavity.IEEE MTT-S Digest，1989，p901-904”中利用高Q腔分别采用固定谐振频率法和固定腔长法进行复介电常数的测试。所用高Q腔的结构示意图如图1所示，它由圆柱腔筒、上端盖和位置可移动的下端盖构成，其中上端盖上开有波导耦合孔。通过改变下端盖在圆柱型腔筒中的位置，从而改变腔体的长度。文中利用多个TE_01n工作模式，采用固定频率法或固定腔长法测量出被测微波电介质样品在X波段8.2～12.4GHz内复介电常数在宽频带离散频率点上的响应。

随着微波、毫米波电介质材料应用范围的扩大，人们越来越需要了解微波、毫米波电介质材料在高温(高于1000℃)下的电介质性能，这就要求我们能够对微波、毫米波电介质材料在高温下的介电性能进行测试。文献“黎义，李建保，何小瓦，采用谐振腔法研究透波材料的高温介电性能，红外与毫米波学报，2004，Vol.23，No.2，p157～160.”中介绍了俄罗斯高温介电性能测试仪。所采用的腔体为圆柱形谐振腔，工作模式为TE_01n模式，测试温度为15～1200℃，工作频率为9～10GHz，采用氮气气氛保护。测试时，采用的方法为变腔长法，即通过高温下腔体长度和无载品质因数的变化来进行复介电常数的测量。这种方法需要在高温下改变谐振腔下端盖在腔筒中的位置来进行测量，测试装置复杂。而且，腔体长度变化的测量精度会严重影响介电常数的测量精度。

文献“Zhang G，Nakaoka S，Kobayashi Y，Millimeter wave measurements of temperaturedependence of complex permittivity of dielectric plates by the cavity resonancemethod，AMPC，1997，p3913～3916”、“Kobayashi Y，Shimizu T，Millimeter wave measurementdependence of complex permittivity of dielectric plates by a cavity resonance method，IEEE MTT-S，1999，p1885～1888”、“Shimizu T，Kobayashi Y，Millimeter wave measurementsof temperature dependence of complex permittivity of GaAs disks by circular waveguidemethod，IEEE MTT-S，2001，p2195～2198”中采用将圆柱形谐振腔腔体在腔长一半处切开，样品放在两个半腔体中间的方法进行复介电常数的变温测试，测试温度仅为100℃，且测试装置较为复杂。