寬帶高溫介電性能測量裝置的製作方法

2023-10-20 19:39:42 1

專利名稱：寬帶高溫介電性能測量裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種用於介電性能測量領域的測量裝置，特別是涉及一種寬帶高 溫介電性能測量裝置。
背景技術：
目前，微波材料介電性能常溫測量方法很多，但利用常溫的測量結果對工作在高 溫條件的系統進行設計勢必會引入誤差。通常介電性能的高溫測量採用三種方法高溫諧 振腔法、高溫準光腔法、高溫開路終端同軸線法。高溫諧振腔法通常直接在腔外對介質加 熱，溫度計置於電場垂直方向監測溫度，通過測量填充樣品的諧振頻率、品質因數、腔體尺 寸和樣品厚度求得介電常數。高溫準光腔法將樣品置於平面鏡上共同被加熱，通過測量樣 品放入腔體前後諧振頻率、品質因數的變化，結合腔體尺寸和樣品厚度求得介電常數。高溫 開路終端同軸線法是將同軸探頭置於高溫樣品表面，通過測量樣品的復反射特性求得介電 常數。高溫諧振腔法測量頻率取決於腔體尺寸，當測量頻率很低時，對應波長較長，腔體尺 寸很大，在實際測量工作中無法實現；當測量頻率逐漸升高至毫米波頻段，腔體尺寸減小， 品質因數迅速降低，誤差增大，因此諧振腔法的測量頻率無法低至幾百兆以下，也不適為毫 米波及以上頻段，並且只能在點頻或很窄的頻段進行測量。高溫準光腔法通常工作在毫米 波頻段，適用于波導8mm及以上波段，受波導耦合傳輸線限制，測量頻段相對較窄，不超過 一個波導波段。高溫開路終端同軸線法可以工作在較低的測量頻率，工作頻段也比較寬，但 由於採用開放式測量，誤差修正等技術難以完善，準確度較低。
發明內容本實用新型在於避免以上現有技術的不足而提供一種寬帶高溫介電性能測量裝 置。以解決IOMHz 18GHz頻率範圍、RT 600°C溫度範圍介電性能的準確測量問題。本實用新型的技術方案為一種寬帶高溫介電性能測量裝置，包括依次機械連接的第一降溫組件、左穿牆、第 一測試夾具、高溫連接器、右穿牆、第二降溫組件，所述的第一降溫組件和第二降溫組件通 過電纜連接至控制採集裝置，所述的第一測試夾具、高溫連接器及連接於所述第一測試夾 具的左穿牆的右側部分、連接於所述高溫連接器的右穿牆的左側部分置於一高溫加熱箱 內，所述的高溫加熱箱內還置有一溫度監控裝置。所述的溫度監控裝置為依次機械連接的N型短路器、第二測試夾具、第一傳感器、 N型開路器。所述的第一測試夾具連接有一置於高溫加熱箱內的第二傳感器。所述的第二傳感器連接有一置於高溫加熱箱外的溫度計。所述的機械連接為螺接。所述的控制採集裝置為一連接網絡分析儀的控制機。本實用新型的優點[0012]本測量裝置基於傳輸反射理論，測試夾具、高溫組件、降溫組件、高溫加熱箱、溫度 監控裝置，結合網絡分析儀和校準件組建系統，採用高溫誤差修正技術和時域技術提高了 高溫介電性能的測量準確度。本測量裝置彌補了現有高溫介電性能測量裝置頻帶窄、準確 度低等缺點。

圖1為本實用新型裝置原理結構圖；圖2為本實用新型中高溫加熱箱結構圖。
具體實施方式
如圖1所示，一種寬帶高溫介電性能測量裝置包括依次機械連接的第一降溫器件 1、左穿牆2、第一測試夾具3、高溫連接器4、右穿牆5、第二降溫器件6，所述的第一降溫器件 1和第二降溫器6件通過網絡分析儀測試電纜7連接至控制採集裝置8，所述的第一測試夾 具3、高溫連接器4及連接於所述第一測試夾具3的左穿牆2的右側部分、連接於所述高溫 連接器4的右穿牆2的左側部分置於一高溫加熱箱9內，所述的高溫加熱箱9內還置有一 溫度監控裝置。所述的溫度監控裝置為依次機械連接的N型短路器10、第二測試夾具11、 傳感器12、N型開路器13，所述的N型開路器外接有一溫度計14。所述的第一測試夾具3 連接有一置於高溫加熱箱9內的第二傳感器15。所述的第二傳感器15連接有一置於高溫 加熱箱9外的溫度計16。其中上述所述的機械連接可為螺接。所述的控制採集裝置8為一 連接網絡分析儀的控制機。以下對本實用新型各個組件分別介紹。高溫組件左穿牆、右穿牆和高溫連接器稱之為高溫組件，它們都是兩埠器件，由內導體、 外導體和支撐環組成。外導體為圓柱腔，內徑直徑為7mm，外徑直徑為15. 4mm，採用不鏽鋼 材質。內導體為圓柱體，外徑直徑為3. 04mm，採用不鏽鋼材質。內外導體間的支撐環為圓 環體，內徑直徑為3. 04mm，外徑直徑為7mm，厚度為4mm，採用發泡二氧化矽加工。支撐環採 用螺紋方式與內外導體連接固定。左、右穿牆均為一端同軸N型Male接頭，一端同軸N型 Female接頭，高溫連接器兩端均為同軸N型Female接頭。同軸N型Male接頭外導體採用 內螺紋花六角螺扣結構，內導體按標準N型插針加工；而同軸N型Female接頭外導體為標 準N型外螺紋結構，內導體加工成六瓣收口插座形式，試驗表明自然退溫不會使其失去彈 性。高溫組件要求精密加工，全頻段電壓駐波比小於1. 20，插入損耗小於0. 3dB。降溫組件降溫器件和網絡分析儀測試電纜稱之為降溫組件。降溫器件由內導體、外導體和 支撐環組成。外導體為圓柱腔，內徑直徑為7mm，外徑直徑為15. 4mm ；內導體為圓柱體，外徑 直徑為3. 04mm。內外導體採用導熱率低的不鏽鋼，兩者之間支撐環採用發泡二氧化矽，支撐 環與內外導體以螺紋和耐高溫膠粘合方式連接，具有很好的氣密性，能有效阻隔熱空氣的 傳導。降溫器件兩端均為同軸N型Female接頭，長度為IOcm的降溫器件在廣2小時之內 能夠有效隔離600°C高溫。網絡分析儀測試電纜採用相位穩定性好的硬同軸電纜，電纜一端 為同軸3. 5mm型Female接頭，與網絡分析儀測試埠連接，一端為N型Male接頭，與降溫器件連接。經過降溫組件的自然降溫，網絡分析儀測試埠已安全處於常溫狀態。測試夾具測試夾具設計成兩端為同軸N型Male接頭無支撐空氣線，內外導體嵌套組合，空 氣填充。外導體為圓柱腔，內徑直徑7mm，外徑直徑為15. 4mm，採用不鏽鋼材質，兩端均採用 內螺紋花六角螺扣結構。內導體為圓柱體，外徑直徑為3. 04mm，採用不鏽鋼材質，兩端均為 插針，且一端插針為標準同軸N型內導體插針加正公差20um，一端插針為標準同軸N型內 導體插針加負公差20um。測試夾具內導體正公差插針一端與高溫連接器連接，負公差插針 一端與左穿牆連接。測試夾具要求精密加工，全頻段電壓駐波比小於1. 10，插入損耗小於 0. ldB。溫度監測裝置本寬帶高溫介電性能測量裝置是密封式系統，被測樣品放置在測試夾具的內外導 體間，而傳感器位於測試夾具外表面，因此傳感器測得的溫度並不是被測樣品所處環境溫 度。溫度監測裝置採用雙傳感器分別監測高溫加熱箱內和測試夾具內的溫度，找到二者平 衡點。具體過程為將傳感器15放在測試夾具3外靠近被測樣品的位置，放入高溫加熱箱 9。取另外一測試夾具11，兩端分別連接短路器10和開路器13，將傳感器12通過開路器13 放入測試夾具11外導體內，放入高溫加熱箱9。設定溫度目標值，溫度計14和溫度計16 分別顯示兩路溫度值，直到溫度計14和溫度計16顯示溫度一致，保證被測樣品處於目標溫 度。高溫加熱箱如圖2所示，高溫加熱箱包括裡箱21、外箱22、保溫層23和底座24四部分。外箱 22 尺寸為 600mmX 450mmX 500mm，裡箱 21 為 250mmX 250mmX 200mm，保溫層 23 是 IOOmm 的 石棉層。裡箱21採用不鏽鋼材質，與外箱22間用螺紋杆支撐，支撐杆底部帶螺釘，可調節 裡箱的高度和水平。裡箱21放置6根加熱燈25和k型熱電偶溫度傳感器26，加熱燈25分 別安裝在裡箱21的下方、左方和右方對稱位置，不鏽鋼裡箱增強紅外反射，集輻射、定向和 保溫功能於一體。底座安裝控溫電路、顯示電路及報警設備，與高溫加熱部分隔離，採用抽 屜式方式安裝。控制採集及計算部分控制採集及計算部分包括網絡分析儀、控制機和軟體及介質定位棒，實現儀器控 制校準、高溫誤差修正、時域技術、數據儲存等功能。介質定位棒用於固定被測樣品在測試 夾具中的參考位置。具體步驟為常溫條件下完成全二埠校準，建立高溫誤差矩陣級聯模型，加熱至 不同溫度獲取高溫誤差矩陣。基於二埠網絡理論、參考面搬移技術、相對法和時域技術消 除高溫誤差項，獲得被測樣品在高溫條件下的散射參數，進一步計算得到介電常數和損耗 角正切。本寬帶高溫介電性能測量裝置的組配關係為第三部分測試夾具內導體負公差插 針端與第一部分高溫組件中左穿牆相連，之後左穿牆依次與第二部分降溫組件、第六部分 控制採集及計算部分連接，第三部分測試夾具內導體正公差插針端與第一部分高溫組件中 高溫連接器連接，之後高溫連接器依次與第一部分高溫組件中右穿牆、第二部分降溫組件、 第六部分控制採集及計算部分相連。將第四部分溫度監測裝置和第三部分測量夾具及第一部分中高溫連接器放置在高溫加熱箱內，通過左右穿牆與高溫加熱箱外部連接。測量時，按上述組配關係連接寬帶高溫介電性能測量裝置。運行控制機軟體對網 絡分析儀進行初始設置，在測試夾具和左穿牆連接處端面進行全二埠校準。放入被測樣 品，用介質定位棒固定其參考面位置，啟動高溫加熱箱進行加熱，當溫度監控裝置顯示溫度 一致且等於目標溫度值時，運行軟體採集計算得到介電性能的測量結果。寬帶高溫介電性能測量裝置能夠實現IOMHz 18GHz頻率範圍、RT 600°C溫度範圍 介電性能的準確測量。
權利要求一種寬帶高溫介電性能測量裝置，其特徵在於，包括依次機械連接的第一降溫組件、左穿牆、第一測試夾具、高溫連接器、右穿牆、第二降溫組件，所述的第一降溫組件和第二降溫組件通過電纜連接至控制採集裝置，所述的第一測試夾具、高溫連接器及連接於所述第一測試夾具的左穿牆的右側部分、連接於所述高溫連接器的右穿牆的左側部分置於一高溫加熱箱內，所述的高溫加熱箱內還置有一溫度監控裝置。
2.如權利要求1所述的一種寬帶高溫介電性能測量裝置，其特徵在於，所述的溫度監 控裝置為依次機械連接的N型短路器、第二測試夾具、第一傳感器、N型開路器。
3.如權利要求1所述的一種寬帶高溫介電性能測量裝置，其特徵在於，所述的第一測 試夾具連接有一置於高溫加熱箱內的第二傳感器。
4.如權利要求3所述的一種寬帶高溫介電性能測量裝置，其特徵在於，所述的第二傳 感器連接有一置於高溫加熱箱外的溫度計。
5.如權利要求1或2或3或4所述的一種寬帶高溫介電性能測量裝置，其特徵在於，所 述的機械連接為螺接。
6.如權利要求1所述的一種寬帶高溫介電性能測量裝置，其特徵在於，所述的控制採 集裝置為一連接網絡分析儀的控制機。
專利摘要本實用新型涉及一種寬帶高溫介電性能測量裝置，包括依次機械連接的第一降溫組件、左穿牆、第一測試夾具、高溫連接器、右穿牆、第二降溫組件，所述的第一降溫組件和第二降溫組件通過電纜連接至控制採集裝置，所述的第一測試夾具、高溫連接器及連接於所述第一測試夾具的左穿牆的右側部分、連接於所述高溫連接器的右穿牆的左側部分置於一高溫加熱箱內，所述的高溫加熱箱內還置有一溫度監控裝置。本裝置採用高溫誤差修正技術和時域技術提高了高溫介電性能的測量準確度。本測量裝置彌補了現有高溫介電性能測量裝置頻帶窄、準確度低等缺點。
文檔編號G01R27/26GK201666921SQ20102010701
公開日2010年12月8日 申請日期2010年2月3日 優先權日2010年2月3日
發明者宗惠慶, 張國華, 張娜, 成俊傑, 琚小琳, 陳婷, 高春彥 申請人:北京無線電計量測試研究所