CN103278696B - 铁氧体介电常数测量系统 - Google Patents

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刘中生
刘雯蕊
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Beijing Dahua Radio Instrument Co., Ltd.
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Abstract

本发明公开了一种铁氧体介电常数测量系统，包括微波信号源，微波信号源的一路输出信号与第一波导同轴转换器的同轴口连接，第一波导同轴转换器的波导口通过波导依次连接有精密衰减器、圆柱谐振腔、隔离器、同轴检波器，同轴检波器的同轴输出端与微波信号源连接；波导通过定向耦合器耦合有第二波导同轴转换器，微波信号源的另一路输出信号与第二波导同轴转换器的同轴口连接；圆柱谐振腔的上方设有恒磁铁。测量精度高、性能稳定、使用和操作简便，适合实验室、工厂等场合使用，是测定铁氧体微波介电常数的理想的仪器。

Description

铁氧体介电常数测量系统
技术领域
本发明涉及一种介电常数测量仪器，尤其涉及一种铁氧体介电常数测量系统。
背景技术
基于微波铁氧体材料研究、应用及器件设计的需要，铁氧体材料复介电常数的相关知识越来越多受到人们的重视。现有技术中还没有一种精度高、性能稳定、使用和操作简便的铁氧体介电常数测量仪器。
发明内容
本发明的目的是提供一种精度高、性能稳定、使用和操作简便的铁氧体介电常数测量系统。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明的铁氧体介电常数测量系统，包括微波信号源，所述微波信号源的一路输出信号与第一波导同轴转换器的同轴口连接，所述第一波导同轴转换器的波导口通过波导依次连接有精密衰减器、圆柱谐振腔、隔离器、同轴检波器，所述同轴检波器的同轴输出端与所述微波信号源连接；
所述波导通过定向耦合器耦合有第二波导同轴转换器，所述微波信号源的另一路输出信号与所述第二波导同轴转换器的同轴口连接；
所述圆柱谐振腔的上方设有恒磁铁。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的铁氧体介电常数测量系统，采用精密的测试技术和高性能微波器件，仪器的测量精度高、性能稳定、使用和操作简便，适合实验室、工厂等场合使用，是测定铁氧体微波介电常数的理想的仪器。
附图说明
图1为本发明实施例提供的铁氧体介电常数测量系统的原理框图；
图2为本发明实施例提供的铁氧体介电常数测量系统的结构示意图。
图中：1、微波信号源，2、恒磁铁，3、同轴检波器，4、第一波导同轴转换器，5、定向耦合器，6、第二波导同轴转换器，7、精密衰减器，8、圆柱谐振腔，9、隔离器。
具体实施方式
下面将对本发明实施例作进一步地详细描述。
本发明的铁氧体介电常数测量系统，其较佳的具体实施方式是：
包括微波信号源，所述微波信号源的一路输出信号与第一波导同轴转换器的同轴口连接，所述第一波导同轴转换器的波导口通过波导依次连接有精密衰减器、圆柱谐振腔、隔离器、同轴检波器，所述同轴检波器的同轴输出端与所述微波信号源连接；
所述波导通过定向耦合器耦合有第二波导同轴转换器，所述微波信号源的另一路输出信号与所述第二波导同轴转换器的同轴口连接；
所述圆柱谐振腔的上方设有恒磁铁。
所述微波信号源设有第一数字表和第二数字表，所述微波信号源的输出信号与所述第一数字表连接，所述同轴检波器的输出信号与所述第二数字表连接。
所述恒磁铁设于滑架上。
所述第二波导同轴转换器耦合于所述第一波导同轴转换器与精密衰减器之间的波导上。
本发明的铁氧体介电常数测量系统，采用精密的测试技术和高性能微波器件，仪器的测量精度高、性能稳定、使用和操作简便，适合实验室、工厂等场合使用，是测定铁氧体微波介电常数的理想的仪器。
具体实施例：
结构特性：
如图1、图2所示，包括波导同轴转换器、隔离器、耦合器、检波器、圆柱谐振腔、精密衰减器等微波器件，微波信号源的频率稳定度为5×10-6，调节频率时，根据实际情况选用不同的频率步进，分别为1MHz,100KHz,10KHz。通过两个数字显示表读数可以分别实时监测信号电平和谐振频率点的检波输出。工作时，将样品插入圆柱谐振腔内，移动滑架，将恒磁铁置于谐振腔上方。操作简单方便。
工作原理：
利用谐振腔来测量铁氧体的复介电常数，选用TM010模通过式圆柱谐振腔和杆状铁氧体样品。由于谐振腔在特定微波频率会产生谐振,通过测量空腔和装入样品时谐振腔的谐振频率变化及3dB衰减频率点,利用IEC60556标准中给出的公式即可确定介电常数ε′及损耗角正切tanδ。测量中，沿样品轴向加上大于5000Oe的强磁场，使之磁化饱和，以消除磁损（μ′′）引入的ε′′测量误差。
具体实施例的工作特性是：
样品腔：
工作模式：TM010模圆柱形谐振腔；谐振频率f0：10.7GHz(标称值)；样品预留孔尺寸：Φ(1.64±0.01)mm；有载品质因数：≥2000；被测样品尺寸：
Φ(1.6±0.01)mm×22mm。
微波信号源：
工作频率：8.2GHz－11GHz；频率稳定度：5×10-6；频率分辨力：10kHz；频率调节：步进1MHz／100KHz／10KHz，连续步进5MHz；输出功率：10mW（可调）；工作方式：等幅波。
恒磁铁：
磁场强度：H≥5700Oe；极间距：>36mm；磁场均匀度：极中心轴Φ20×36mm区域内H±100Oe；外形：立式（极轴垂直放置）。
测量范围：
介电常数：ε′<16；损耗角正切:tanδ＝ε′′/ε′≤0.1。
误差：
根据IEC60556标准关于精度的分析：
当ε′<16时，由公式计算所产生的ε′′误差小于3%；
当ε′<16时，由耦合孔的影响所产生的ε′′误差小于1.5*10-4；
当b=(1.60±0.01)mm时，直径产生的误差为
具体实施例的测量方法，包括步骤：
1、将微波信号源和波导测量系统分别平稳地置于工作台上，按照要求将其与信号源进行连接。
2、连接电源线，打开微波信号源开关。开机上电或按复位键后,频率自动设置为9500MHz。此时，数字表亮，当未加微波信号时，数字显示为零。测量前，仪器应预热30～40分钟。第一数字表用来监测输入信号电平的变化，第二数字表用来观察谐振频率时的检波输出。
3、调节微波信号源的频率,使谐振腔发生谐振，具体操作如下：
(1)"扫频"键用于频率设置的较大范围变化:(步进间隔为20MHz)，"扫频"键按下时,频率将在8200MHz～11000MHz之间变化；键抬时可停在中间任一频率上。显示超出时将自动跳至8200MHz或11000MHz；
(2)频率变化的方向依以下规则:(按扫频键之前的状态)。每按一次"复位"键,频率变化方向改变一次；刚按过频率调节增加键,频率变化方向为增加；刚按过频率调节减小键,频率变化方向为减小；
(3)通过频率调节(↑↓1MHz,↑↓100KHz,↑↓10KHz)可精调微波频率。按此六键过程中,当设置值超出范围时,显示将自动跳至9500MHz。
4、将精密可变衰减器置于谐振频率附近衰减3dB所对应的刻度值上。谐振腔预留孔中，不插入被测样品，选择合适的步进提高或降低微波信号源的频率，同时注意观察第二数字表，当其读数达到最大值时，记下此时微波信号源的频率，即为空腔时的谐振频率f0。随着频率的改变，第二数字表的读数应是从小到大再变小的过程，因此可得到峰值所对应的频率。
5、除去精密可变衰减器的衰减量，将刻度置为0。从谐振频率f0开始，以适当的步进分别向两侧降低或提高频率，找到与步骤4中第二数字表最大读数相同时所对应的两个频率值，即为3dB衰减所对应的频率f1和f2，(计算软件中已将f0、f1和f2设为默认值，如有需要，可根据实际情况进行变更）。
6、将铁氧体样品小心地插入圆柱谐振腔预留孔中,并拧紧上下螺帽。移动滑架，使恒磁铁磁极与样品的轴向同轴。
7、重复以上步骤4至步骤5，加入样品后，谐振频率及3dB衰减所应的频率分别为fs、fs1和fs2。
8、将fs、fs1和fs2带入由乙方提供的计算软件中，即可得到该铁氧体样品的介电常数ε′、ε′′及损耗角正切tanδ(tanδ＝ε′′/ε′)。
9、若需连续操作，则更换样品，从步骤6开始重复操作。
具体应用过程中的注意事项：
1、微波信号源没有信号输出时，数字表的显示应为零。在测量谐振频率和3dB衰减频率点的过程中，如果频率变化引起第一数字表读数的改变较大，可微调功率，使其保持不变。
2、由于微波信号源的频率和功率有一稳定的过程，数字表采样速率有限（约200ms）。因此，在搜索谐振频率时，不宜过快、过频繁，否则因检波指示尚未稳定，不易读准。
3、在调节微波信号源的输出功率时，应使数字1表显示的读数值足够大（尽量达到三位有效数字），以免因读数精度造成误差。
4、因样品的尺寸对测量结果影响较大，应严格按(Φ1.6±0.01)×(22±0.2)mm置备，两端倒角以方便将其插入谐振腔预留孔中。
5、尽量保持谐振腔和铁氧体样品的洁净、干燥，以免影响测量的准确性。
6、警告：谨防手表、手机等物品靠近恒磁铁，以免强磁场对其造成伤害。
7、产品可贮存在温度5—45°C,相对湿度为20—90%的通风室内。室内应无尘，无鼠害，无腐蚀性气体。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (2)

1.一种铁氧体介电常数测量系统，其特征在于，包括微波信号源，所述微波信号源的一路输出信号与第一波导同轴转换器的同轴口连接，所述第一波导同轴转换器的波导口通过波导依次连接有精密衰减器、圆柱谐振腔、隔离器、同轴检波器，所述同轴检波器的同轴输出端与所述微波信号源连接；
所述波导通过定向耦合器耦合有第二波导同轴转换器，所述微波信号源的另一路输出信号与所述第二波导同轴转换器的同轴口连接；
所述圆柱谐振腔的上方设有恒磁铁，所述恒磁铁设于滑架上；
所述第二波导同轴转换器耦合于所述第一波导同轴转换器与精密衰减器之间的波导上。
2.根据权利要求1所述的铁氧体介电常数测量系统，其特征在于，所述微波信号源设有第一数字表和第二数字表，所述微波信号源的输出信号与所述第一数字表连接，所述同轴检波器的输出信号与所述第二数字表连接。
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