CN104237648B - 一种高损耗液体及粉末材料微波复介电常数测试系统 - Google Patents

一种高损耗液体及粉末材料微波复介电常数测试系统 Download PDF

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Abstract

一种高损耗液体及粉末材料微波复介电常数测试新方法，属于微波、毫米波材料电磁参数测试领域，涉及同轴开放式谐振腔(Open Coaxial Resonator)。该方法通过置酒杯家具于其上的同轴开放式谐振腔加载微波被测材料前后的谐振频率和品质因数，以及加载样品的厚度来计算待测样品的复介电常数。该方法组建的测试系统包括同轴开放式谐振腔(Open Coaxial Resonator)、探针、SMA到其他同轴连接器的转换器、电缆、矢量网络分析仪和酒杯家具六部分。将六部分连接成系统，通过耦合量调节器调节探针深入腔体的长度，使得系统在谐振频点处的品质因数最大，并记录系统此时的谐振频率f0和品质因数Q0。将待测材料放入酒杯家具中，保证样品上表面的平整度，测量样品厚度d并记录加载样品后系统的谐振频率f1和品质因数Q1。由上述参数计算待测材料的复介电常数。

Description

一种高损耗液体及粉末材料微波复介电常数测试系统
技术领域
本发明属于微波、毫米波材料电磁参数测试技术领域，具体来说是一种由同轴开放式谐振腔(Open Coaxial Resonator)和聚四氟乙烯酒杯家具组成的关于高损耗液体及粉末材料的复介电常数测试系统。
背景技术
微波材料作为电磁波传输媒质已广泛的应用于微波的各个领域，比如微波电路、通信、导弹制导、电子对抗、雷达隐身、遥感和遥测等。介质材料电磁参数一般是指复介电常数和复磁导率，通常以复数形式ε(jω)＝ε′(jω)-jε″(jω)，μ(jω)＝μ′(jω)-jμ″(jω)表示，它是描述材料和电磁场相互作用最基本的两个特征参数。准确了解电磁参数值，对于微波能的应用和微波非电量测量更是必不可少的。
矿产资源作为人类社会发展的物质基础，并且碳质燃料是当代冶金行业的主要能源。电介质受微波辐射所产生的热量吸收功率P＝2πfE2ε″，其中，E为电场强度，f为工作频率，从该式可以看出冶金介质材料的微波吸收功率和其介电常数有着密切关系，因此对冶金介质材料的复介电常数进行准确测量具有重要的工业意义和节能环保价值。
生物材料是以和生命系统结合，以诊断、治疗或替换机体中的组织、器官或增进其功能的材料。研究生物材料涉及的学科领域很多，如材料、生物、医学、物理、生物化学及一些现代高技术等，相应的研究包括物理、化学及一些工程的研究方法。对生物材料的电磁特性研究在整个材料的成形到临床应用过程中有着至关重要的作用，因此对生物材料的复介电常数的精确测量具有重要的社会意义和医学价值。
材料的电磁参数测试技术经过近几十年的发展，已经形成了一套比较完整的科学体系。目前，在微波与毫米波段，材料的电磁参数测试方法按测量原理可分为网络参数法、谐振腔法两大类。本发明采用的是谐振腔法。谐振腔法是将材料样品放入谐振腔中，根据放入样品前后其谐振频率和品质因数的变化确定样品复介电常数的一种微波测试方法。
目前，这些方法都各自存在一些问题，比如网络参数法中的自由空间法校准步骤繁琐，并且校准精度要求高，传输反射法制作样品不方便，测试精度不高；谐振腔法中的介质谐振器法和微扰法只适合中低损耗微波材料的测试。应对上述问题，日本发明的开放式同轴谐振腔测试系统，其测试步骤简单，样品制作简易，并且测试精度高，备受专业人士青睐。但是当待测材料的损耗比较大时腔体的谐振峰会被淹没，测试随之终止。本发明的测试系统是在同轴谐振腔上加低损耗材料层，体现在系统中就是聚四氟乙烯酒杯家具，减小了被测高损耗材料对电场的扰动，此时谐振系统仍能起振，测试系统可以准确测试高损耗微波材料复介电常数。
发明内容
本发明采用同轴开放式谐振腔(Open Coaxial Resonator)作为谐振腔，放置聚四氟乙烯酒杯家具于其上，构成系统来对介质材料进行点频测试，这种测试方法实现了微波。材料复介电常数的高精度测试，无需对网络分析仪进行繁琐的精密校准，降低了测试时间，并且降低了测试对样品制作的要求。该测试系统不仅适用于低损耗微波材料的复介电常数测试，同样的适用于高损耗微波材料，特别适用于粉末及液体材料的测试。并且，当酒杯家具换为平板密封同轴腔后，系统适合粉末及液体样品的在线测试，如污水监控等。
本发明的技术方案如下：
测试装置包括同轴开放式谐振腔(Open Coaxial Resonator)1、SMA到其他同轴(如N型、SMA或APC-7等)连接器的转换器2、电缆3、矢量网络分析仪4、酒杯家具5和探针9，如图1所示。其中，探针9采用的是带有SMA接头的同轴探针，利用环耦合，实现能量的馈入和输出，耦合量调节器10，其详细示意图如图3所示，通过调节器调节耦合环深入到腔体中的长度，可以调节探针9的耦合量，酒杯家具5，由聚四氟乙烯制成用于盛放待测样品，厚度根据被测材料的参数进行优化调整，内直径为开路处同轴外导体内径的4倍以上。同轴开放式谐振腔(Open Coaxial Resonator)1，如图2所示，其中内导体8为圆柱形渐变结构，外导体由外导体下部7和外导体上部6两部分构成，也是圆柱形渐变结构，外导体和内导体的尺寸必须满足同轴线各处的特性阻抗相同，底部11，其中间开孔型槽，可以将内导体固定在底部上，底座12，实现了整个谐振腔的固定。SMA到其他同轴连接器的转换器2，实现了SMA接头到其他同轴连接器也就是矢量网络分析仪配套电缆3的接头的转换。
该微波测试系统的具体工作过程是：矢量网络分析仪4通过电缆3、SMA到其他同轴连接器的转换器2、探针9与同轴开放式谐振腔1(Open Coaxial Resonator)进行连接，将酒杯家具5放置在开放式谐振腔上，尽量使得酒杯家具和谐振腔内导体8同轴；然后通过耦合量调节器10调节探针9深入腔体的长度，使得整个系统在谐振频点处的品质因数最大，并记录此时系统的谐振频率和品质因数；而后将待测材料样品嵌入酒杯家具5中，需保证样品放入酒杯家具中后的上表面平整度，测量待测样品厚度；最后测试系统的有载谐振频点和品质因数，根据相应的算法计算出待测样品的复介电常数。
有益效果：
一、本系统采用同轴开放式谐振腔(Open Coaxial Resonator)加载介质材料的方式，利用耦合量调节器控制了系统中能量的馈入量，实现了对腔体品质因数的有效控制。
二、将酒杯家具放置在开放式谐振腔上，系统可以对高损耗的介质材料测试，解决了谐振腔不适于测试高损耗材料的问题。
三、本系统能够在宽频带范围内的多个离散频点上得到满意的特性，性能良好，具有稳定性。
四、对样品的要求低，系统特别适合粉末及液体样品的测试。
五、当酒杯家具换为平板密封同轴腔后，系统适合粉末及液体样品的在线测试，如污水监控等。
附图说明
图1是本系统的结构示意图。
其中，1是同轴开放式谐振腔(Open Coaxial Resonator)，2是SMA到其他同轴连接器的转换器，3是电缆，4是矢量网络分析仪，5是酒杯家具，9是探针。
图2是同轴开放式谐振腔(Open Coaxial Resonator)的剖面示意图。
图3是耦合量调节器的示意图。
具体实施方式
将酒杯家具5放置在同轴开放式谐振腔(Open Coaxial Resonator)1上，而后将探针插入到腔体内，并使其与SMA到其他同轴连接器的转换器2、电缆3，矢量网络分析仪4连接在一起，实现了整个系统的链接。
利用同轴开放式谐振腔(Open Coaxial Resonator)测试微波材料电磁参数的具体步骤是：
步骤1：选定测试频率范围，通过耦合量调节器调节探针深入腔体的长度，使得系统在谐振频点处的品质因数最大，记录加载任何样品的系统在测试范围内系统的谐振频率f0和相应频点的品质因数Q0；
步骤2：将适量的待测材料放入酒杯家具中，厚度为d，测试得到加载样品后系统在测试范围内的谐振频率f1和相应的有载品质因数Q1；
步骤3：利用谐振腔的微扰理论或者谐振腔内场结构分布特性，计算得到待测材料的复介电常数。
本发明的同轴开放式谐振腔测试方法具有操作简单，测试时间短，精度高，并且对样品制作的要求比较低，不仅适用于低损耗微波材料的复介电常数测试，同样的适用于高损耗微波材料，特别适用于粉末及液体材料的测试，并且当酒杯家具换为平板密封同轴腔后，系统适合粉末及液体样品的在线测试，如污水监控等。该发明具有很强的实用性和较高的竞争力，并且对污水监控的在线测试提出了新的测试方案。
以上是向熟悉本发明领域的工程人员提供的对本发明及其实施方案的描述，这些描述应被视为是说明性的，而非限定性的。工程技术人员可据此发明权利要求书中的思想做具体的操作实施。自然也可以据以上所述对实施方案做一系列的变更。上述这些都应被视为本发明的涉及范围。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (3)

1.一种高损耗液体及粉末材料微波复介电常数测试系统，包括同轴开放式谐振腔(Open Coaxial Resonator)(1)、SMA到其他同轴连接器的转换器(2)、电缆(3)、矢量网络分析仪(4)、酒杯家具(5)、探针(9)和耦合量调节器(10)七部分；所述同轴开放式谐振腔(OpenCoaxial Resonator)(1)由内导体(8)、外导体、底部(11)和底座(12)构成，其中外导体包括外导体下部(7)和外导体上部(6)两部分，底部中间开孔型槽能够实现内导体的固定，底座实现了整个谐振腔的固定；所述外导体下部(7)、外导体上部(6)、底部(11)和底座(12)，由银或黄铜制作，内导体(8)由银制作，并且外导体和内导体的尺寸必须保证同轴线各处的特性阻抗相同；所述探针(9)采用的是带有SMA接头的同轴探针，将其末端制作成环状，从而实现系统的环耦合；所述耦合量调节器(10)，由黄酮制作，通过调节耦合环深入到腔体中的长度，能够调节探针(9)的耦合量；所述酒杯家具(5)由聚四氟乙烯构成，实现被测材料的盛放，其厚度根据被测材料的参数进行优化调整，内直径为开路处同轴外导体内径的4倍以上；SMA到其他同轴连接器的转换器(2)，实现了SMA接头到其他同轴连接器也就是矢量网络分析仪配套电缆(3)的接头的转换；SMA到其他同轴连接器的转换器经电缆和矢量网络分析仪相连。
2.根据权利要求1所述的一种高损耗液体及粉末材料微波复介电常数测试系统，其特征在于，所述酒杯家具(5)与其下方的同轴开放式谐振腔(Open Coaxial Resonator)(1)，通过探针(9)、SMA到其他同轴连接器的转换器(2)、电缆(3)与矢量网络分析仪(4)进行连接，用于被测材料复介电常数的测试。
3.根据权利要求1所述的一种高损耗液体及粉末材料微波复介电常数测试系统，其特征在于，所述系统能够实现高损耗粉末、液体微波材料复介电常数的高精度测试，在宽频带范围内的多个点频上测试，并且对样品材料制作的要求低；当酒杯家具换为平板密封同轴腔后，该测试系统能够用于粉末及液体材料的在线监测。
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Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104950184B (zh) * 2015-06-04 2017-08-11 电子科技大学 固体及粉末材料的宽频带变温介电常数测试系统
US10883952B2 (en) 2015-10-15 2021-01-05 Shiraishi Kogyo Kaisha, Ltd. Method for calculating dielectric constant of particle-dispersed composite materials and method for evaluating dispersibility
CN106053956A (zh) * 2016-07-19 2016-10-26 电子科技大学 材料介电常数测试系统及基于该测试系统的测试方法
CN106099301B (zh) * 2016-07-19 2019-08-09 电子科技大学 一种同轴谐振腔及其应用
CN107132420B (zh) * 2017-04-06 2019-07-12 中国电子技术标准化研究院 低损耗介质粉末或液体的微波复介电常数测试系统及方法
CN107014833A (zh) * 2017-04-25 2017-08-04 电子科技大学 基于谐振法的液体和粉末材料成份在线检测系统及方法
CN107202922A (zh) * 2017-05-24 2017-09-26 电子科技大学 强电磁场环境材料微波介电特性研究测试系统及方法
CN108051652A (zh) * 2017-12-12 2018-05-18 合肥中科离子医学技术装备有限公司 腔体滤波器精准测量品质因数的方法
CN108089061B (zh) * 2017-12-15 2019-11-08 湖南科技大学 适用于生物化学液体样品的太赫兹无标记检测方法和装置
CN108169572A (zh) * 2017-12-17 2018-06-15 江南大学 一种基于混合方程的杏仁介电常数检测方法
CN108594023B (zh) * 2018-05-29 2021-05-14 电子科技大学 基于渐变型同轴谐振腔的材料复介电常数测试系统及方法
CN108982971B (zh) * 2018-07-24 2020-10-23 电子科技大学 一种基于矩形腔微扰法测量非磁性材料复介电常数的方法
CN109342825A (zh) * 2018-11-12 2019-02-15 中电科仪器仪表有限公司 一种同轴谐振测试装置及测试方法
CN109581159B (zh) * 2018-11-30 2020-01-21 华北电力大学 一种绝缘液体液态、气态及气液混合态介电特性测试腔
CN109458961B (zh) * 2018-12-14 2020-06-16 电子科技大学 一种便携式吸波涂层厚度测量装置及方法
CN110261684B (zh) * 2019-05-07 2022-04-05 电子科技大学 一种双脊波导法液晶介电测试装置
CN110082606A (zh) * 2019-06-14 2019-08-02 中国石油大学(华东) 基于多路开口同轴探头的介电常数测量系统及方法
CN111198302B (zh) * 2020-02-13 2022-06-07 山东国瓷功能材料股份有限公司 材料介电性能的测试方法、装置和系统
CN112595898A (zh) * 2020-12-07 2021-04-02 广州大学 一种基于Wi-Fi信号测量液体复介电常数的方法及装置
CN112904243B (zh) * 2021-01-18 2021-12-03 电子科技大学 一种高效集中微波磁场谐振腔
CN113945764B (zh) * 2021-10-15 2023-11-21 中国人民解放军国防科技大学 复合场条件下物质的介电常数测量系统和方法
CN114113789B (zh) * 2021-11-25 2023-07-21 天津大学 一种高频下测量金属薄膜电导率的装置及方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1120165A (zh) * 1995-08-12 1996-04-10 浙江大学 非金属材料微波介电性能的测试方法及其实施设备
US6617861B1 (en) * 2000-11-22 2003-09-09 National Research Development Corporation Apparatus and method for measuring and monitoring complexpermittivity of materials
CN101158702A (zh) * 2007-10-30 2008-04-09 电子科技大学 基于终端短路法的介质材料高温复介电常数测量方法
KR20090039287A (ko) * 2007-10-18 2009-04-22 삼성전자주식회사 유전율 측정을 위한 공진기 장치
CN102116804A (zh) * 2010-12-29 2011-07-06 电子科技大学 一种微波介质材料复介电常数测试方法
CN102707155A (zh) * 2012-06-04 2012-10-03 电子科技大学 一种基于准光学谐振腔的介质材料复介电常数测试装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1120165A (zh) * 1995-08-12 1996-04-10 浙江大学 非金属材料微波介电性能的测试方法及其实施设备
US6617861B1 (en) * 2000-11-22 2003-09-09 National Research Development Corporation Apparatus and method for measuring and monitoring complexpermittivity of materials
KR20090039287A (ko) * 2007-10-18 2009-04-22 삼성전자주식회사 유전율 측정을 위한 공진기 장치
CN101158702A (zh) * 2007-10-30 2008-04-09 电子科技大学 基于终端短路法的介质材料高温复介电常数测量方法
CN102116804A (zh) * 2010-12-29 2011-07-06 电子科技大学 一种微波介质材料复介电常数测试方法
CN102707155A (zh) * 2012-06-04 2012-10-03 电子科技大学 一种基于准光学谐振腔的介质材料复介电常数测试装置

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
改进的同轴传输/反射法测量复介电常数;赵才军 等;《仪器仪表学报》;20110331;第32卷(第3期);第695-700页 *
薄膜材料的微波复介电常数测量;金浩 等;《真空科学与技术学报》;20051231;第25卷;第27-31页 *

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