[发明专利]一种基于耦合微带线的单纤维介电常数测试装置

说明书

一种基于耦合微带线的单纤维介电常数测试装置，包括数据接收分析模块和测试模块，测试模块包括谐振层以及用于固定谐振层的第一固定层和第二固定层；谐振层中令耦合微带线结构的两端开路形成谐振，第一固定层表面设置与耦合微带线结构平行的缝隙，待测材料从缝隙中水平放入耦合微带线结构两条平行金属导体带之间的测试通道，第一微带线结构和第二微带线结构与数据接收分析模块连接，分别用于激励和接收耦合微带线结构中的电磁波信号，数据接收分析模块用于获取耦合微带线结构的谐振频率，从而计算出待测材料的介电常数测试结果。本发明可以实现对单纤维的直接测试，且体积小、结构简单，能够降低加工成本。

技术领域

本发明属于微波、毫米波材料电磁参数测试技术领域，涉及一种基于耦合微带线的单纤维材料的介电常数测试装置。

背景技术

纤维材料是天然或人工合成的一类细丝状物质，广泛应用于航空航天、武器装备、卫星、雷达、5G通信等重要领域，是透波、隐身、屏蔽、高频基板等功能性复合材料制备的关键基础材料。纤维的介电性能对复合材料的制备是非常重要的基础参数。

关于纤维材料介电常数的测试可分为间接和直接测试两大方面，其中，间接测试是通过测试材料整体的等效介电常数，进而反算出单纤维的复介电常数。测试材料往往是将纤维制备成复合材料或薄膜，或者将纤维与石蜡等材料进行混合，或将多根纤维捆扎成束。目前，整体纤维材料介电常数测试方法主要有波导法、自由空间法、分离谐振腔法以及准光腔法等，每一种方法都有各自的优缺点，但最突出的问题在于目前这些方法均用于纤维介电常数的间接测试，虽然可以通过混合法则等理论反算得出单纤维的介电常数，但其准确度和可靠性较低。

根据已查阅的相关文献资料，关于单纤维直接测试的研究非常少，最主要的原因在于：纤维尺寸远小于测试频率对应的波长。另外，现有可查的相关测试方法和装置，也不能实现对单根纤维的直接测试。

发明内容

针对现有纤维材料介电常数的测试方法中存在的准确度和可靠性问题，以及无法直接对单根纤维进行测试的不足之处，本发明提出了一种基于耦合微带线的单纤维介电常数测试装置，能够直接获取碳纤维等高损耗纤维材料的单纤维介电常数，解决单纤维介电性能无确测试的问题，本发明提出的测试装置具有精度高、体积小、结构简单、加工成本低的优点。

本发明的技术方案为：

一种基于耦合微带线的单纤维介电常数测试装置，包括数据接收分析模块和测试模块；所述测试模块包括谐振层以及分别设置在所述谐振层上表面一侧和下表面一侧的第一固定层和第二固定层，通过所述第一固定层和第二固定层将所述谐振层进行固定；

所述谐振层包括耦合微带线结构、第一微带线结构和第二微带线结构，所述耦合微带线结构包括介质基板和设置在介质基板上表面的两条平行金属导体带，令所述耦合微带线结构的两端开路形成谐振；所述第一固定层表面设置与所述耦合微带线结构平行的缝隙，使得测试时待测材料从缝隙中水平放入所述测试模块内；

所述第一微带线结构的第一连接端设置第一SMA转接头；所述第二微带线结构的第一连接端设置第二SMA转接头；在所述第一固定层设置两个SMA接头孔分别将所述第一SMA转接头和第二SMA转接头引出后分别与所述数据接收分析模块的输出端和输入端连接，令所述数据接收分析模块的输出端输出电磁波信号并通过所述第一SMA转接头连接至所述第一微带线结构，所述第一微带线结构的第二连接端输出的电磁波信号通过电场耦合的方式激励起所述耦合微带线结构内部的场，在所述耦合微带线结构内产生电磁波信号并传递至所述第二微带线结构的第二连接端，利用所述第二SMA转接头将电磁波信号从所述第二微带线结构的第一连接端输出给所述数据接收分析模块，所述数据接收分析模块根据获取的电磁波信号分析得出所述耦合微带线结构的谐振频率，并根据所述耦合微带线结构的谐振频率与待测材料的介电常数之间的关系得出待测材料的介电常数测试结果。