[发明专利]一种无损伤介质柱的分离式介质谐振器

说明书

本发明的目的在于提供一种无损伤介质柱的分离式介质谐振器，属于介质谐振器技术领域。该谐振器通过在上下金属板和石英支撑柱中心设置尺寸相同的空气柱，通过对空气柱抽真空从而完成介质柱的固定，避免了现有技术中介质柱固定方式带来对测试结果的影响；同时谐振腔固定方式的改变，减小了对腔体场分布的影响，在计算时使分区简化，从而让复介电常数的计算更加简便、测试结果更加准确。

技术领域

本发明属于介质谐振器技术领域，具体涉及一种无损伤介质柱的分离式介质谐振器。

背景技术

介质材料的性能，是决定微电子技术和半导体制造技术发展的重要的因素，准确测量介质材料的电磁参数对于无线通信技术以及微波毫米波电路集成的发展具有举足轻重的作用。电磁参数中重要的一个参数为复介电常数。目前针对复介电常数的测试方法主要有网络参数法以及谐振法。典型的网络参数法有传输反射法、终端短路法以及自由空间法等方法，这类方法的测试频段宽，测试频点多，但测试精度相对于谐振法较低，无法满足高精度测试的需求。典型的谐振法有圆柱腔法、带状线法、准光腔法以及介质谐振器法等方法，谐振法相对于网络参数法测试频点较少，但精度较高。

介质谐振器与金属腔谐振器相比除了能满足相同的功能和性能的同时，还具有体积小、Q值高、结构简单、温度稳定性好、重量轻、成本低、易于集成等优点，已广泛地应用于微波通信、卫星通信、移动通信、雷达、遥控遥测、电子对抗及电子侦察设备中。分离式介质谐振器法测量介质的复介电常数时，选用的工作模式常为TE0np模式，放置样品后，在两个介质柱中间的一个介质平面上放入待测样品这一薄介质时，电场在介质交界面保持连续，对界面存在的空气隙不灵敏，但会引起谐振系统内，特别在电壁面附近电磁场分布的变化，从而可以根据放置样品前后的谐振频率和Q值的变化来反演复介电常数。分离式介质谐振器在测试介质的复介电常数时，所采用的介质柱往往要求介电常数很大，才能将能量最大限度地集中在介质谐振器的内部，在介质柱以外的轴向和径向空气区的电磁波形成极快衰减的消逝场，从而不必去考虑空气区的存在，极大地简化了分析过程和降低了可能的辐射。彼此分离的介质柱和固定支架都由极低损耗的材料构成，则可以获得Q值高的分离式介质谐振器，适宜于薄板介质的测量。在这种结构下，上下分离的介质柱中间有一定间隔，使得置入和移出样品都变得容易。

近年来国内外对分离式介质谐振器做了大量的研究，如波兰的Jerzy Krupka等人提出的在分离式介质谐振器的上下介质柱靠近金属板一侧的上边缘夹紧，或者上下介质柱中心打孔上拉的方式来构成分离式介质谐振器。但这两种方式影响了腔体内部的场分布，因而导致其谐振频率产生一定的偏移；同时在用模式匹配算法计算分离式介质谐振器内部待测材料的复介电常数时，会引入大量的分区，且分区不对称，造成计算复杂、繁琐。

因此，如何设计分离式介质谐振器，使得对介质柱无损伤、谐振器内部场分布无影响，从而让复介电常数的测量和计算更加简便易行，就成为了当前研究重点。

发明内容

针对背景技术所存在的问题，本发明的目的在于提供一种无损伤介质柱的分离式介质谐振器。该谐振器通过在上下金属板和石英支撑柱中心设置尺寸相同的空气柱，通过对空气柱抽真空从而完成介质柱的固定，避免了现有技术中介质柱固定方式带来对测试结果的影响；同时谐振腔固定方式的改变，减小了对腔体场分布的影响，在计算时使分区简化，从而让复介电常数的计算更加简便、测试结果更加准确。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种无损伤介质柱的分离式介质谐振器，包括上下对称设置的两个谐振单元和两个耦合装置；每个谐振单元包括从上至下的金属板、石英支撑柱和介质块；两个介质块之间间隔一定距离，用于放置待测介质材料；所述耦合装置包括耦合环和调节装置，所述调节装置设置于两个金属板的竖直侧面，且与上下两个金属板固定连接；所述耦合环固定设置于调节装置的螺纹杆的末端，螺纹杆和耦合环均与谐振单元的对称轴平行，左侧耦合环与第一金属板之间的垂直距离和右侧耦合环与第二金属板之间的垂直距离相等；