[发明专利]一种准光腔宽频自动测试系统及测试方法

说明书

本发明公开了一种准光腔宽频自动测试系统及测试方法，属于测试技术领域，本发明针对高频模式识别困难问题，首先设计利用可编程控制电机固定滤波板并调节滤波板高度，其次分析主模不同频率场分布确定对应频段的最适滤波板位置，根据测试频率变化控制调节电机固定滤波板位置，得到滤波板的频率和位置关系，解决固定滤波板带来的宽频测试模式净化效果差不利于模式识别问题；最后软件集成实现准光腔系统的宽带自动测试。

技术领域

本发明属于测试技术领域，具体涉及一种准光腔宽频自动测试系统及测试方法。

背景技术

现阶段在毫米波频段低损耗材料介电性能主要采用准光学谐振腔(准光腔)法进行测试。准光腔内高次谐振模式随频率升高而大幅增加。高次模式不仅影响主模(测试模式)谐振性能降低主模品质因数，同时与主模接近的谐振模式还会与主模叠加导致谐振峰发生畸变。在高频测试过程中很多相同谐振频率的高次模谐振叠加导致谐振功率高于测试模式，给主模的模式识别带来了极大困难。

目前准光腔毫米波滤波结构主要采用添加滤波套筒和滤波板的方式。在W波段宽带内，不同频率高次模影响情况不一致，且准光腔谐振模式波束相同高度处的束腰随频率增大而减小。对于固定高度的滤波板或固定尺寸的滤波套筒，尺寸及位置不会随着频率改变，因此宽带测试滤波效果不同。当在宽带内测试时，按照最低频率处设计滤波板及滤波套筒，在频率升高后滤波效果变差；按照最高频率设计滤波板及滤波套筒则在低频测试时会干扰主模降低主模的品质因数并引起谐振频率偏移。

随着5G射频通信领域发展以及6G通信的布局，应用频率已经渐从厘米波发展到毫米波，并逐渐向太赫兹频段发展。微波电介质材料广泛应用在通信、雷达、生物医学、化工工业等领域，其中电介质材料介电参数准确性会影响电子设备性能，准确了解微波材料电磁特性参数对其应用具有重要意义。

对于材料介电特性测试，目前常用的测试方法主要有平板电容法、网络参数法以及谐振法等。其中平板电容法主要用于低频段，网络参数法材料介电特性测试的精度在3％左右。谐振法有介质谐振器法与谐振腔法，测试精度优于1％。目前在毫米波频段材料介电性能测试方法主要有自由空间法和准光腔法。自由空间法通常用于测量大面积的中高损耗材料，无法准确测试低损耗材料的损耗角正切值。准光腔法属于谐振法，适用于测试低损耗材料介电性能。准光腔法具有半对称结构准光腔(平凹腔)与对称结构准光腔(双球腔)两种结构，结构示意如图1所示。其中平凹腔具有加载样品方便、加工成本低等优点更广泛被采用。本发明为平凹腔准光腔测试。

准光腔内模式为TEM_plq模，plq为整数。其中TEM_00q为主模即测试模式。所有模式的谐振频率公式如下所示。随着频率的升高谐振模式数量显著增加，也就意味着随着频率的增加，高次模对主模的干扰越来越大。同时从公式中也可以看出，很多高次模式谐振频率相同，例如TEM_10q和TEM_01q，谐振频率相同的高次模式会产生叠加，谐振功率在高频率会超过主模导致自动测试模式识别困难。

准光腔测试一般在40GHz以下时虽然也开始出现高次模式干扰，但主模还是易于识别到。超过40GHz频段时则需进行高次模抑制。高次模式抑制基本原理是利用主模与高次模场分布不同，通过添加合适的结构破坏高次模电场而不干扰主模，达到模式抑制的效果。目前常用的滤波结构主要有滤波环和滤波套筒分别如图2所示。主模与临近频率的高次模式电场分布如图3所示。

滤波套筒和滤波板都是利用金属材料会反射阻隔电磁波的特性，由于主模能量主要集中在轴心处，高次模式能量会向边缘扩散，因此滤波结构根据对应测试模式的电场采用中空结构，外面为金属抑制高次模式传播。但在测试频率升高，主模与高次模式的波数会变窄，能量更集中在轴心处，在较低频率设计的滤波结构应用在高频是滤波效果变差，滤波结构不适用于宽带连续测试。

现有技术的缺点：