專利名稱：一種用于高溫下微波測試的圓柱形高q諧振腔的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種用于高溫下微波測試的圓柱形高Q諧振腔，屬于微波測試技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及微波 電介質(zhì)的復(fù)介電常數(shù)測試技術(shù)。
背景技術(shù)：
微波電介質(zhì)材料在微波器件、微波系統(tǒng)中的應(yīng)用極為廣泛，在對這些微波介質(zhì)材料的研 制和使用過程中，需要對其電參數(shù)即復(fù)介電常數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確的測量。
當(dāng)微波電介質(zhì)為低損耗材料時(shí)，通常采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(zhǔn)光腔、螺旋線諧振腔等。對于要求電場極化方向平行 于微波電介質(zhì)樣品表面的復(fù)介電常數(shù)的測試，常采用圓柱形諧振腔，因其Q值較高，且所用 的被測微波電介質(zhì)樣品尺寸較小。圓柱形諧振腔法因其品質(zhì)因數(shù)Q較高，又稱其為高Q腔。
采用高Q腔法進(jìn)行微波電介質(zhì)復(fù)介電常數(shù)測試時(shí)，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(zhì)樣 品前后為一固定值，通過加載微波電介質(zhì)樣品前后腔體長度和品質(zhì)因數(shù)的變化來計(jì)算得到復(fù) 介電常數(shù)。在固定腔長法中，則固定腔體的長度，通過加載微波電介質(zhì)樣品前后諧振頻率和 品質(zhì)因數(shù)的變化來計(jì)算復(fù)介電常數(shù)。
文獻(xiàn)"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腔分別采用固定諧振頻率法和固定腔長法進(jìn)行復(fù)介電常數(shù)的測試。所用 高Q腔的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，它由圓柱腔筒、上端蓋和位置可移動(dòng)的下端蓋構(gòu)成，其中 上端蓋上開有波導(dǎo)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(gè)T&u。工作模式，采用固定頻率法或固定腔長法測量出被測微波電介質(zhì)樣品在X 波段8. 2 12. 4GHz內(nèi)復(fù)介電常數(shù)在寬頻帶離散頻率點(diǎn)上的響應(yīng)。
隨著微波、毫米波電介質(zhì)材料應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，人們越來越需要了解微波、毫米波電介 質(zhì)材料在高溫(高于100(TC)下的電介質(zhì)性能，這就要求我們能夠?qū)ξ⒉?、毫米波電介質(zhì)材 料在高溫下的介電性能進(jìn)行測試。文獻(xiàn)"黎義，李建保，何小瓦，采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(xué)報(bào)，2004， Vol. 23， No. 2, pl57 160."中介紹了俄羅 斯高溫介電性能測試儀。所采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,采用氮?dú)鈿夥毡Ｗo(hù)。測試時(shí)，采用的方法為變腔長法， 即通過高溫下腔體長度和無載品質(zhì)因數(shù)的變化來進(jìn)行復(fù)介電常數(shù)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(jìn)行測量，測試裝置復(fù)雜。而且，腔體長度變化的 測量精度會嚴(yán)重影響介電常數(shù)的測量精度。
文獻(xiàn)"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"中采用將圓柱形諧振腔腔體在腔長一半處切開， 樣品放在兩個(gè)半腔體中間的方法進(jìn)行復(fù)介電常數(shù)的變溫測試，測試溫度僅為IOO'C，且測試 裝置較為復(fù)雜。
綜上所述，國外在低損耗材料復(fù)介電常數(shù)高溫測試技術(shù)方面已研究了多年，通常采用畫 柱形諧振腔固定頻率點(diǎn)改變腔長法或采用將樣品放在兩個(gè)半腔體中間的方法進(jìn)行低損耗材料 復(fù)介電常數(shù)的高溫測試。這些測試裝置較復(fù)雜、測量精度低，很難適應(yīng)低損耗材料復(fù)介電常 數(shù)的更高溫度的測試現(xiàn)狀要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種固定腔廠的、結(jié)構(gòu)簡單的髙溫微波測試用圓柱形高Q諧振腔，適用于微 波、毫米波電介質(zhì)材料高溫性能的測試。
本發(fā)明詳細(xì)技術(shù)方案為
一種用于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(dǎo)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(nèi)層12組成， 上端蓋2由上端蓋外層21和上端蓋內(nèi)層22組成，下端蓋3由下端蓋外層31和下端蓋內(nèi)層 32組成，連接波導(dǎo)4由高溫波導(dǎo)41、隔熱波導(dǎo)42和冷卻波導(dǎo)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制成，所述腔筒內(nèi)層12、上端 蓋內(nèi)層22和下端蓋內(nèi)層32由薄層耐高溫貴金屬材料制成所述腔筒內(nèi)層12、上端蓋內(nèi)層22 和下端蓋內(nèi)層32分別緊貼于腔筒外層11、上端蓋外層21和下端蓋外層31。在上端蓋2適當(dāng) 位置開有兩個(gè)耦合孔23,兩個(gè)連接波導(dǎo)4分別嵌入上端蓋2的上端蓋外層21支撐材料并與相應(yīng)耦合孔23處的上端蓋內(nèi)層22固定連接。
上述方案中，所述厚層耐高溫支撐材料應(yīng)當(dāng)是導(dǎo)熱性能良好且易于加工的材料，可以采
用石墨，所述薄層耐髙溫貴金屬材料應(yīng)當(dāng)是熔點(diǎn)高于iooox:并具有良好導(dǎo)電性能的材料，可
以采用鉑銠合金。
本發(fā)明所述的高溫微波測試用圓柱形高Q諧振腔在使用時(shí)，先將被測試樣品6 (如圖5 所示)放入諧振腔內(nèi)的下端蓋上，用螺栓將上端蓋與圓柱型腔筒固定后，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(nèi)溫度與高溫爐內(nèi)溫度平衡后進(jìn)行測試。測試時(shí)， 高Q諧振腔的兩個(gè)耦合孔一個(gè)作為輸入耦合孔， 一個(gè)作為輸出耦合孔；兩個(gè)連接波導(dǎo)一個(gè)作 為輸入連接波導(dǎo)， 一個(gè)作為輸出連接波導(dǎo)。輸入連接波導(dǎo)與微波測試源相連，輸出連接波導(dǎo) 與測試儀器(如標(biāo)量網(wǎng)絡(luò)分析儀)相連，微波測試源信號經(jīng)輸入連接波導(dǎo)、輸入耦合孔進(jìn)入 諧振腔，測試信號經(jīng)輸出耦合孔、輸出連接波導(dǎo)進(jìn)入測試儀器。
本發(fā)明的實(shí)質(zhì)是采用薄層高溫貴金屬材料制作圓柱形高Q諧振腔的腔體，并采用高溫材 料支撐薄層高溫貴金屬材料構(gòu)成圓柱形高Q諧振腔，運(yùn)用圓柱形諧振腔固定腔長法實(shí)現(xiàn)微波、 毫米波電介質(zhì)材料微波性能(如復(fù)介電常數(shù))的高溫測試。整個(gè)圓柱形高Q諧振腔適用于微 波、毫米波電介質(zhì)材料高溫性能的測試且結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、使用壽命長。


圖l現(xiàn)有的下端蓋位置可變的高Q腔示意圖。
圖2本發(fā)明所述的用于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(dǎo)。
圖3本發(fā)明所述的用于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(nèi)層，21是上端蓋外層，22是上端蓋內(nèi)層，23是耦合 孔，31是下端蓋外層，32是下端蓋內(nèi)層，41是高溫波導(dǎo)，42是隔熱波導(dǎo)，43是冷卻波導(dǎo)， 5是連接嫘栓。
圖4本發(fā)明所述的用于高溫下微波測試的圓柱形高Q諧振腔的俯視圖。
圖5本發(fā)明所述的加載被測試樣品后的用于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(shí)施例方式
一種用于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(nèi)層12組成，上端蓋 2由上端蓋外層21和上端蓋內(nèi)層22組成，下端蓋3由下端蓋外層31和下端蓋內(nèi)層32組成， 連接波導(dǎo)4由高溫波導(dǎo)41、隔熱波導(dǎo)42和冷卻波導(dǎo)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制成，所述腔筒內(nèi)層12、上端蓋內(nèi)層22 和下端蓋內(nèi)層32由薄層耐高溫貴金屬材料制成；所述腔筒內(nèi)層12、上端蓋內(nèi)層22和下端蓋 內(nèi)層32分別緊貼于腔筒外層11、上端蓋外層21和下端蓋外層31。在上端蓋2適當(dāng)位置開有 兩個(gè)耦合孔23，兩個(gè)連接波導(dǎo)4分別嵌入上端蓋2的上端蓋外層21支撐材料并與相應(yīng)耦合 孔23處的上端蓋內(nèi)層22固定連接。上述方案中，所述厚層耐高溫支撐材料采用石墨，所述薄層耐高溫貴金屬材料采用鉬銠 合金。如圖4所示，為增加上端蓋2和腔筒1之間的連接，以防止微波泄漏，共采用8顆連 接螺栓進(jìn)行緊固。下端蓋3與圓柱型腔筒1的下端采取焊接方式固定連接，連接波導(dǎo)4與上 端蓋內(nèi)層22采取焯接方式固定連接；高溫波導(dǎo)41、隔熱波導(dǎo)42和冷卻波導(dǎo)43之間可采取 焊接方式固定連接，也可采取其他方式連接，但應(yīng)保證沒有微波泄漏。整個(gè)圓柱形高Q諧振 腔的腔體直徑和腔體長度可根據(jù)測試頻率范圍和高Q腔所選用的工作模式具體設(shè)計(jì)。
權(quán)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(dǎo)(4)，其特征在于，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(nèi)層(12)組成，上端蓋(2)由上端蓋外層(21)和上端蓋內(nèi)層(22)組成，下端蓋(3)由下端蓋外層(31)和下端蓋內(nèi)層(32)組成，連接波導(dǎo)(4)由高溫波導(dǎo)(41)、隔熱波導(dǎo)(42)和冷卻波導(dǎo)(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制成，所述腔筒內(nèi)層(12)、上端蓋內(nèi)層(22)和下端蓋內(nèi)層(32)由薄層耐高溫貴金屬材料制成；所述腔筒內(nèi)層(12)、上端蓋內(nèi)層(22)和下端蓋內(nèi)層(32)分別緊貼于腔筒外層(11)、上端蓋外層(21)和下端蓋外層(31)；在上端蓋(2)適當(dāng)位置開有兩個(gè)耦合孔(23)，兩個(gè)連接波導(dǎo)(4)分別嵌入上端蓋(2)的上端蓋外層(21)支撐材料并與相應(yīng)耦合孔(23)處的上端蓋內(nèi)層(22)固定連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫微波測試用圓柱形高Q諧振腔，其特征在于，所述厚層耐 高溫支撐材料是導(dǎo)熱性能良好且易于加工的材料，所述薄層耐高溫貴金屬材料是熔點(diǎn)高于 IOO(TC并具有良好導(dǎo)電性能的材料。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫微波測試用圓柱形高Q諧振腔，其特征在于，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，屬于微波測試技術(shù)領(lǐng)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(dǎo)，圓柱形腔筒、上端蓋和下端蓋均分為內(nèi)外兩層，內(nèi)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(shí)質(zhì)是采用薄層高溫貴金屬材料制作圓柱形高Q諧振腔的腔體，并采用高溫材料支撐薄層高溫貴金屬材料構(gòu)成圓柱形高Q諧振腔。整個(gè)圓柱形高Q諧振腔具有適用于微波、毫米波電介質(zhì)材料高溫性能的測試且結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、使用壽命長的特點(diǎn)。
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(yōu)先權(quán)日2007年10月30日
發(fā)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(xué)