[发明专利]一种介电特性测试装置以及测量方法

说明书

一种新型介电特性测试装置以及测量方法，测试装置包括底面覆铜板，介质、输入端口、输出端口Ⅰ、功分器、环形定向耦合器、基片集成波导圆形谐振器，支路Ⅰ和支路Ⅱ；输入端口和输出端口Ⅰ与矢量网络分析仪相连通；环形定向耦合器的输出端与输出端口Ⅰ相连通；功分器的输入端与输入端口相连通，功分器的输出端口Ⅱ通过支路Ⅰ与环形定向耦合器的差端口相连通，功分器的输出端口Ⅲ通过支路Ⅱ环形定向耦合器的和端口相连通。输出端口Ⅱ和输出端口Ⅲ之间粘贴有隔离电阻。本发明不但消除了背景噪声，还使测量区域的电场大大增强，这些措施使测试灵敏度和精确度大大提高，因此极微小的待测物所引起的信号也可被捕捉。

技术领域

本发明涉及一种电介质介电常数的微波测量系统，属于微波测量技术领域，更具体地说，是涉及一种基于相消型电路及谐振法的介电常数的测量装置及测量方法。

背景技术

材料的介电常数的无线测试一直是微波工程研究的基础和热点问题。随着微波技术的不断发展,许多新兴的交叉学科应运而生，如微波化学、电磁场生物医学。然而，因人们对微波同生物介质或者化学物质相互作用机理研究不足，导致了微波技术在上述领域内的应用依然面临很多技术壁垒。而材料的介电特性是反映微波与其相互作用的重要参数。因此微波频率下，电介质介电常数的高灵敏度测试技术获得了越来越广泛的研究。近年来，对于材料介电特性的研究逐步步入器件研制阶段，国内外最新研究显示，通过对某混合晶状体在不同外场作用下介电特性的研究开发了频率可调谐的微波介质谐振器。

用来测量介电常数的方法有很多，主要可以分为谐振法和非谐振法。谐振法的优点是具有很高的精度；而非谐振法中应用最为广泛的是传输/反射法，该方法的优点是测试结构相对简单，缺点是无法避免强烈的背景噪声，对捕捉小尺寸样本引起的微弱信号的灵敏度不高。为消除背景噪声,提高灵敏度,基于传输法的相消型电路得到了广大研究者的关注,其基本物理思想是依据微波传输特性设计测试电路，使信号从输入端口输入，到达输出端口时传输信号接近零，因此该方法又称近零传输法。

本发明采用谐振法及近零传输法相结合的方式设计了高灵敏度的测试装置，充分利用了谐振法及近零的传输法的优点，大大提高了测试灵敏度及精度。

发明内容

根据现有技术的不足，本发明提供一种使用方便、价格低廉、易于集成的介电常数高灵敏度测试装置。

本发明按以下技术方案实现：

一种介电特性测试装置，该介电特性测试装置包括：

一个输入端口和一个输出端口Ⅰ，两端口与矢量网络分析仪相连通；

一个环形定向耦合器，其输出端与输出端口Ⅰ相连通；

一个功分器，其输入端与输入端口相连通；其输出端口Ⅱ和输出端口Ⅲ分别通过一条支路与环形定向耦合器相连通；

一个基片集成波导圆形谐振器，连接在两支路之间，用于样品放置区域。

优选的是，所述基片集成波导圆形谐振器的两边有金属化通孔，用来实现类似金属波导的场传播模式。

优选的是，所述输出端口Ⅱ通过支路Ⅰ与环形定向耦合器的差端口相连通；所述输出端口Ⅲ通过支路Ⅱ环形定向耦合器的和端口相连通。

优选的是，所述环形定向耦合器的和端口距输出端口Ⅰ的距离为λ/4；所述环形定向耦合器的差端口距输出端口Ⅰ的距离为3λ/4，使得支路Ⅰ和支路Ⅱ的信号具有相反的信号(λ指的是工作波长,本发明中指频率为4GHz对应的波长)。

优选的是，与所述环形定向耦合器的和端口及差端口相距均为λ/4的端口接地(λ指的是工作波长,本发明中指频率为4GHz对应的波长)。

优选的是，所述输出端口Ⅱ和输出端口Ⅲ之间粘贴有隔离电阻。

优选的是，所述隔离电阻的阻值为100欧姆，所述输出端口Ⅱ和输出端口Ⅲ的阻抗均为50欧姆。