一種用於高溫下微波測試的圓柱形高q諧振腔的製作方法

2023-06-06 16:52:16

專利名稱：一種用於高溫下微波測試的圓柱形高q諧振腔的製作方法
技術領域：
一種用於高溫下微波測試的圓柱形高Q諧振腔，屬於微波測試技術領域，特別涉及微波 電介質的復介電常數測試技術。
背景技術：
微波電介質材料在微波器件、微波系統中的應用極為廣泛，在對這些微波介質材料的研 制和使用過程中，需要對其電參數即復介電常數進行準確的測量。
當微波電介質為低損耗材料時，通常採用的方法為諧振腔法。所用諧振腔可為帶狀線諧 振器、圓柱形諧振腔、矩形諧振腔、準光腔、螺旋線諧振腔等。對於要求電場極化方向平行 於微波電介質樣品表面的復介電常數的測試，常採用圓柱形諧振腔，因其Q值較高，且所用 的被測微波電介質樣品尺寸較小。圓柱形諧振腔法因其品質因數Q較高，又稱其為高Q腔。
採用高Q腔法進行微波電介質復介電常數測試時，有兩種測試方法， 一種為固定諧振頻 率法，另外一種為固定腔長法。在固定諧振頻率法中，腔體的諧振頻率在加載微波電介質樣 品前後為一固定值，通過加載微波電介質樣品前後腔體長度和品質因數的變化來計算得到復 介電常數。在固定腔長法中，則固定腔體的長度，通過加載微波電介質樣品前後諧振頻率和 品質因數的變化來計算復介電常數。
文獻"EricJ. Vanzura, WilliamA. Kissick. Advances in NIST dielectric measurement capability using a mode-filtered cylindrical cavity. IEEE MTT-S Digest, 1989, p 901-904"中利用高Q腔分別採用固定諧振頻率法和固定腔長法進行復介電常數的測試。所用 高Q腔的結構示意圖如圖1所示，它由圓柱腔筒、上端蓋和位置可移動的下端蓋構成，其中 上端蓋上開有波導耦合孔。通過改變下端蓋在圓柱型腔筒中的位置，從而改變腔體的長度。 文中利用多個T&u。工作模式，採用固定頻率法或固定腔長法測量出被測微波電介質樣品在X 波段8. 2 12. 4GHz內復介電常數在寬頻帶離散頻率點上的響應。
隨著微波、毫米波電介質材料應用範圍的擴大，人們越來越需要了解微波、毫米波電介 質材料在高溫(高於100(TC)下的電介質性能，這就要求我們能夠對微波、毫米波電介質材 料在高溫下的介電性能進行測試。文獻"黎義，李建保，何小瓦，採用諧振腔法研究透波材 料的高溫介電性能，紅外與毫米波學報，2004， Vol. 23， No. 2, pl57 160."中介紹了俄羅 斯高溫介電性能測試儀。所採用的腔體為圓柱形諧振腔，工作模式為TE。,n模式，測試溫度為15 1200'C,工作頻率為9 10GHz,採用氮氣氣氛保護。測試時，採用的方法為變腔長法， 即通過高溫下腔體長度和無載品質因數的變化來進行復介電常數的測量。這種方法需要在高 溫下改變諧振腔下端蓋在腔筒中的位置來進行測量，測試裝置複雜。而且，腔體長度變化的 測量精度會嚴重影響介電常數的測量精度。
文獻"ZhangG, NakaokaS, Kobayashi Y, Millimeter wave measurements of temperature dependence of complex permittivity of dielectric plates by the cavity resonance method, AMPC, 1997， p3913 3916"、"Kobayashi Y, Shimizu T, Millimeter wave measurement dependence of complex permittivity of dielectric plates by a cavity resonance method, IEEE MTT-S， 1999, pl885 1888"、 "Shimizu T, Kobayashi Y, Millimeter wave measurements of temperature dependence of complex permittivity of GaAs disks by circular waveguide method, IEEE MTT-S, 2001， p2195 2198"中採用將圓柱形諧振腔腔體在腔長一半處切開， 樣品放在兩個半腔體中間的方法進行復介電常數的變溫測試，測試溫度僅為IOO'C，且測試 裝置較為複雜。
綜上所述，國外在低損耗材料復介電常數高溫測試技術方面已研究了多年，通常採用畫 柱形諧振腔固定頻率點改變腔長法或採用將樣品放在兩個半腔體中間的方法進行低損耗材料 復介電常數的高溫測試。這些測試裝置較複雜、測量精度低，很難適應低損耗材料復介電常 數的更高溫度的測試現狀要求。

發明內容
本發明提供一種固定腔廠的、結構簡單的髙溫微波測試用圓柱形高Q諧振腔，適用於微 波、毫米波電介質材料高溫性能的測試。
本發明詳細技術方案為
一種用於高溫下微波測試的圓柱形高Q諧振腔，如圖2所示，包括圓柱型腔筒l、上端 蓋2、下端蓋3和連接波導4，下端蓋3與圓柱型腔筒1的下端固定連接，上端蓋2與圓柱型 腔筒1的上端通過連接螺栓5連接。其中圓柱型腔筒1由腔筒外層11和腔筒內層12組成， 上端蓋2由上端蓋外層21和上端蓋內層22組成，下端蓋3由下端蓋外層31和下端蓋內層 32組成，連接波導4由高溫波導41、隔熱波導42和冷卻波導43依次連接而成。所述腔筒外 層ll、上端蓋外層21和下端蓋外層31由厚層耐高溫支撐材料製成，所述腔筒內層12、上端 蓋內層22和下端蓋內層32由薄層耐高溫貴金屬材料製成所述腔筒內層12、上端蓋內層22 和下端蓋內層32分別緊貼於腔筒外層11、上端蓋外層21和下端蓋外層31。在上端蓋2適當 位置開有兩個耦合孔23,兩個連接波導4分別嵌入上端蓋2的上端蓋外層21支撐材料並與相應耦合孔23處的上端蓋內層22固定連接。
上述方案中，所述厚層耐高溫支撐材料應當是導熱性能良好且易於加工的材料，可以採
用石墨，所述薄層耐髙溫貴金屬材料應當是熔點高於iooox:並具有良好導電性能的材料，可
以採用鉑銠合金。
本發明所述的高溫微波測試用圓柱形高Q諧振腔在使用時，先將被測試樣品6 (如圖5 所示)放入諧振腔內的下端蓋上，用螺栓將上端蓋與圓柱型腔筒固定後，將圓柱形高Q諧振 腔腔體部分放入高溫爐中，待髙Q諧振腔內溫度與高溫爐內溫度平衡後進行測試。測試時， 高Q諧振腔的兩個耦合孔一個作為輸入耦合孔， 一個作為輸出耦合孔；兩個連接波導一個作 為輸入連接波導， 一個作為輸出連接波導。輸入連接波導與微波測試源相連，輸出連接波導 與測試儀器(如標量網絡分析儀)相連，微波測試源信號經輸入連接波導、輸入耦合孔進入 諧振腔，測試信號經輸出耦合孔、輸出連接波導進入測試儀器。
本發明的實質是採用薄層高溫貴金屬材料製作圓柱形高Q諧振腔的腔體，並採用高溫材 料支撐薄層高溫貴金屬材料構成圓柱形高Q諧振腔，運用圓柱形諧振腔固定腔長法實現微波、 毫米波電介質材料微波性能(如復介電常數)的高溫測試。整個圓柱形高Q諧振腔適用於微 波、毫米波電介質材料高溫性能的測試且結構簡單、成本低廉、使用壽命長。


圖l現有的下端蓋位置可變的高Q腔示意圖。
圖2本發明所述的用於高溫下微波測試的圓柱形高Q諧振腔的立體圖。
其中，l是圓柱型腔筒，2是上端蓋，3是下端蓋，4是連接波導。
圖3本發明所述的用於高溫下微波測試的圓柱形高Q諧振腔的剖面圖。
其中，ll是腔筒外層，12是腔筒內層，21是上端蓋外層，22是上端蓋內層，23是耦合 孔，31是下端蓋外層，32是下端蓋內層，41是高溫波導，42是隔熱波導，43是冷卻波導， 5是連接嫘栓。
圖4本發明所述的用於高溫下微波測試的圓柱形高Q諧振腔的俯視圖。
圖5本發明所述的加載被測試樣品後的用於高溫下微波測試的圓柱形高Q諧振腔的剖 面圖。
其中，6是被翻試樣品。
具體實施例方式
一種用於髙溫下微波淵試的圓柱形高Q諧振腔，如圖2所示，包括圓柱型腔簡l、上端的上端通過連接螺栓5連接。其中圓柱型腔筒1由腔筒外層11和腔筒內層12組成，上端蓋 2由上端蓋外層21和上端蓋內層22組成，下端蓋3由下端蓋外層31和下端蓋內層32組成， 連接波導4由高溫波導41、隔熱波導42和冷卻波導43依次連接而成。所述腔筒外層11、上 端蓋外層21和下端蓋外層31由厚層耐高溫支撐材料製成，所述腔筒內層12、上端蓋內層22 和下端蓋內層32由薄層耐高溫貴金屬材料製成；所述腔筒內層12、上端蓋內層22和下端蓋 內層32分別緊貼於腔筒外層11、上端蓋外層21和下端蓋外層31。在上端蓋2適當位置開有 兩個耦合孔23，兩個連接波導4分別嵌入上端蓋2的上端蓋外層21支撐材料並與相應耦合 孔23處的上端蓋內層22固定連接。上述方案中，所述厚層耐高溫支撐材料採用石墨，所述薄層耐高溫貴金屬材料採用鉬銠 合金。如圖4所示，為增加上端蓋2和腔筒1之間的連接，以防止微波洩漏，共採用8顆連 接螺栓進行緊固。下端蓋3與圓柱型腔筒1的下端採取焊接方式固定連接，連接波導4與上 端蓋內層22採取焯接方式固定連接；高溫波導41、隔熱波導42和冷卻波導43之間可採取 焊接方式固定連接，也可採取其他方式連接，但應保證沒有微波洩漏。整個圓柱形高Q諧振 腔的腔體直徑和腔體長度可根據測試頻率範圍和高Q腔所選用的工作模式具體設計。
權利要求
1、一種高溫微波測試用圓柱形高Q諧振腔，包括圓柱型腔筒(1)、上端蓋(2)、下端蓋(3)和連接波導(4)，其特徵在於，下端蓋(3)與圓柱型腔筒(1)的下端固定連接，上端蓋(2)與圓柱型腔筒(1)的上端通過連接螺栓(5)連接；其中圓柱型腔筒(1)由腔筒外層(11)和腔筒內層(12)組成，上端蓋(2)由上端蓋外層(21)和上端蓋內層(22)組成，下端蓋(3)由下端蓋外層(31)和下端蓋內層(32)組成，連接波導(4)由高溫波導(41)、隔熱波導(42)和冷卻波導(43)依次連接而成；所述腔筒外層(11)、上端蓋外層(21)和下端蓋外層(31)由厚層耐高溫支撐材料製成，所述腔筒內層(12)、上端蓋內層(22)和下端蓋內層(32)由薄層耐高溫貴金屬材料製成；所述腔筒內層(12)、上端蓋內層(22)和下端蓋內層(32)分別緊貼於腔筒外層(11)、上端蓋外層(21)和下端蓋外層(31)；在上端蓋(2)適當位置開有兩個耦合孔(23)，兩個連接波導(4)分別嵌入上端蓋(2)的上端蓋外層(21)支撐材料並與相應耦合孔(23)處的上端蓋內層(22)固定連接。
2、 根據權利要求1所述的高溫微波測試用圓柱形高Q諧振腔，其特徵在於，所述厚層耐 高溫支撐材料是導熱性能良好且易於加工的材料，所述薄層耐高溫貴金屬材料是熔點高於 IOO(TC並具有良好導電性能的材料。
3、 根據權利要求1所述的高溫微波測試用圓柱形高Q諧振腔，其特徵在於，所述厚層耐 高溫支撐材料是石墨，所述薄層耐高溫貴金屬材料是鉑銠合金。
全文摘要
一種高溫微波測試用圓柱形高Q諧振腔，屬於微波測試技術領域。圓柱形高Q諧振腔包括圓柱形腔筒、上端蓋、下端蓋和連接波導，圓柱形腔筒、上端蓋和下端蓋均分為內外兩層，內層為薄層耐高溫貴金屬材料，外層為厚層耐高溫支撐材料。其實質是採用薄層高溫貴金屬材料製作圓柱形高Q諧振腔的腔體，並採用高溫材料支撐薄層高溫貴金屬材料構成圓柱形高Q諧振腔。整個圓柱形高Q諧振腔具有適用於微波、毫米波電介質材料高溫性能的測試且結構簡單、成本低廉、使用壽命長的特點。
文檔編號G01R31/00GK101275979SQ20071005034
公開日2008年10月1日 申請日期2007年10月30日 優先權日2007年10月30日
發明者何鳳梅, 張其劭, 張大海, 恩 李, 李仲平, 王金明, 聶在平, 郭高鳳 申請人:電子科技大學