CN108318746A - 一种vhf频段复介电常数测量装置 - Google Patents

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    • G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G01R27/26—Measuring inductance or capacitance; Measuring quality factor, e.g. by using the resonance method; Measuring loss factor; Measuring dielectric constants ; Measuring impedance or related variables
    • G01R27/2617—Measuring dielectric properties, e.g. constants
    • G01R27/2623—Measuring-systems or electronic circuits

Abstract

本发明提供一种VHF频段复介电常数测量装置，属于复介电常数测试技术领域。该装置由内导体和同轴腔组成，内导体为轴对称圆柱体，同轴腔为轴对称圆柱腔，内导体的外径小于同轴腔内径，内导体位于同轴腔内部，两者构成同轴线结构；待测介质为圆环结构，套装在内导体上；在内导体两端与SMA接头连接，SMA接头与矢量网络分析仪连接，采用矢量网络分析仪测量反射系数S11和透射系数S21,再根据反射系数S11、透射系数S21与复介电常数间关系，计算待测介质的复介电常数。本发明可实现VHF频段复介电常数精确测量，且体积小，容易携带。

Description

一种VHF频段复介电常数测量装置
技术领域
本发明属于复介电常数测试技术领域，具体涉及一种VHF频段复介电常数测量装置。
背景技术
复介电常数是介质材料的重要物理性质，对复介电常数的研究有重要的理论和应用意义。复介电常数测量在民用、工业、国防的诸多领域发挥着重要的作用。例如在吸波材料的研制和生产过程中，通过测定吸波材料的复介电常数，可用于吸波材料仿真计算、优化设计和性能评估。如何进行介质材料的复介电常数准确测量，一直是国内外学者重要研究课题。
目前，复介电常数测量主要集中在低频段(1KHz-100MHz)和超高频段(1-40GHz)。在VHF(甚高频)频段(30-300MHz)范围内，尚没有可用测试方法。
本发明的创新点是：目前的测试设备或方法，都无法准确实现VHF频段复介电常数测量。本设备可以实现，从而解决这个难题。
发明内容
为解决现有复介电常数测量装置无法实现VHF频段复介常数测量的问题，本发明提供一种VHF频段复介电常数测量装置。
本发明的解决方案是：一种VHF频段复介电常数测量装置，其特征在于，由内导体和同轴腔组成；内导体为轴对称圆柱体，同轴腔为轴对称圆柱腔，内导体的外径小于同轴腔内径，内导体位于同轴腔内部，两者构成同轴线结构；待测介质为圆环结构，套装在内导体上；在内导体两端与SMA接头连接，SMA接头与矢量网络分析仪连接，采用矢量网络分析仪测量反射系数S11和透射系数S21,再根据反射系数S11、透射系数S21与复介电常数间关系，计算待测介质的复介电常数。
更进一步，所述同轴腔由左腔、右腔套接而成，在套接位置处，采用螺栓紧固，以防电磁泄露；左腔、右腔内部腔体长度相等；左腔右侧接口为公头，右腔左侧接头为母头，公头与母头用于左腔、右腔套接；在左腔右侧、右腔左侧分别设置环形台阶，环形台阶与同轴腔同轴，用于固定待测介质；左腔左侧为细端、在左腔左侧开孔接入SMA接头；右腔右侧为细端，在右腔右侧开孔接入SMA接头。所述左腔底部设置左支撑座，右腔底部设置右支撑座，用于支撑同轴腔；所述左支撑座、右支撑座的底部平齐、且具有相同支撑高度；所述左支撑座与左腔、右支撑座与右腔通过螺栓紧固。所述待测介质为圆环状，待测介质的外径与左腔中环形台阶外径相同，厚度与左腔中环形台阶长度相同。
更进一步，所述内导体由左内导体、右内导体组成；左内导体左侧为细端，右侧为粗端，右侧具有螺孔，螺孔与内导体同轴；右内导体右侧为细端，左侧为粗端，左侧具有螺杆，螺杆与内导体同轴；将右内导体的螺杆旋入左内导体的螺孔中，用于将左内导体与右内导体连接和紧固；左内导体的细端、右内导体的细端分别与SMA接头连接。
所述测量装置使用流程是：
1)把左支撑座与左腔连接，右支撑座与右腔连接，将左支撑座、右支撑座放置在同一平面上；
2)把待测介质放置在左腔中环形台阶上；
3)把左内导体与右内导体连接起来，使左内导体的细端朝向环形台阶、缓慢地穿过待测介质中间圆孔，使左内导体的细端与左腔SMA接头连接；
4)在同一平面上，缓慢移动右腔向左同轴腔靠拢，确保右内导体细端插入到右腔SMA接头处，采用螺栓把左腔、右腔紧固起来；
5)把矢量网络分析仪接在左腔、右腔的SMA接头上，由矢量网络分析仪测得反射系数S11和透射系数S21,再根据反射系数S11、透射系数S21与待测介质14的复介电常数间函数关系，计算待测介质14的复介电常数。
更进一步，所述内导体与同轴腔相同横截面位置处的外径和内径具有相同的比例。
更进一步，所述内导体与同轴腔相同横截面位置处的外径和内径的比例为1:2.3。
更进一步，所述内导体的材质为铜，所述同轴腔的材质为铝。
本发明有益效果：
1)采用内导体与同轴腔构成同轴线结构，采用矢量分析仪，通过传输TEM波，可实现VHF频段复介电常数精确测量，实际测试结果表明，该装置测得的复介电常数误差范围保持在5％以内；
2)采用左右分离的嵌套结构形式，即左内导体与右内导体通过螺孔与螺杆连接嵌套，左腔与右腔通过公头、母头嵌套，可方便支撑测试介质，并且在左腔设置环形台阶，用于固定测试介质，再通过螺栓将左腔、右腔紧固，实现了在电磁屏蔽的腔体中，对待测介质进行复介电常数精确测量，这种结构，具有使用简单灵活、稳定可靠的优点。
3)内导体与同轴腔在同一横截面处外径与内径的比值不变，而使测试磁场具有良好均匀性，进一步保证测试结果精度。
4)该测试装置，还具有尺寸小、方便携带的优点。
附图说明
图1本发明装置结构组成图
图2本发明装置剖面图
图3左内导体
图4左内导体剖面尺寸图
图5右内导体
图6右内导体剖面尺寸图
图7左腔3D结构图
图8左腔剖面尺寸图
图9右腔3D结构图
图10右腔剖面尺寸图
图11左支撑座、右支撑座的3D结构图
图12待测介质3D结构图
图中，1、左腔，2、左内导体，3、右内导体，4、右腔，5、左支撑座，6、右支撑座，7、左腔公头，8、右腔母头，9、左腔出孔，10、右腔出孔，11、左内导体细端，12、右内导体细端，13、SMA接头，14、待测介质，15、SMA接头插座，16、左内导体螺孔，17、右内导体螺杆，18、通孔，19、螺孔，20、环形台阶。
具体实施方式
下面结合附图对本发明内容进一步说明。
实施例1
如图1所示，本发明装置由左腔1、右腔4、左内导体2、右内导体3构成，左腔1与右腔4通过公头与母头嵌套连接构成同轴腔，左内导体2与右内导体3通过螺旋嵌套连接构成内导体，内导体与同轴腔同轴放置。内导体的材质为铜，同轴腔的材质为铝。在同轴腔的两侧具有两个出孔：左腔出孔9、右腔出孔10，用于接入SMA接头13，待测介质14为圆环状博饼结构(图12)，套在内导体上，并卡在同轴腔左腔与右腔的环形台阶20-1、20-2上。左内导体细端11穿过左腔出孔9与SMA接头13连接，右内导体细端12穿过右腔出孔10与SMA接头13连接。内导体与同轴腔构成同轴线结构，基于同轴线的传输反射法，通过传输TEM波，用于测量待测介质14的复介电常数。具体测试原理是：将SMA接头进入矢量网络分析仪，由矢网发出微波信号，当波传输到待测介质时，会产生反射波和透射波。通过矢网测得该反射系数S11和透射系数S21,再根据反射系数S11、透射系数S21与待测介质的复介电常数间函数关系，计算待测介质的复介电常数。同轴腔的左腔、右腔分别与左支撑座、右支撑座连接，并通过螺栓紧固。其中，图2给出了本发明装置剖面图，图3给出了左内导体结构形式，图4给出了左内导体剖面尺寸，图5给出了右内导体结构形式，图6给出了右内导体剖面尺寸，图7给出了左腔3D结构，图8给出了左腔剖面尺寸，图9给出了右腔3D结构，图10给出了右腔剖面尺寸，图11给出了左支撑座、右支撑座的3D结构图，图12给出了待测介质3D结构，尺寸单位为mm。
本发明装置使用流程如下：
1)把左支撑座5与左腔1连接，右支撑座6与右腔4连接，将左支撑座5、右支撑座6放置在同一平面上；
2)把待测介质14放置在左腔1中环形台阶20-1上；
3)把左内导体2与右内导体3连接起来，使左内导体细端11朝向环形台阶20-1、缓慢地穿过待测介质14中间圆孔，使左内导体细端11与位于左腔的SMA接头13-1连接；
4)在同一平面上，缓慢移动右腔4向左腔1靠拢，确保右内导体细端12插入到右腔的SMA接头13-2处，采用螺栓把左腔1、右腔4紧固起来；
5)把矢量网络分析仪接在左腔、右腔的SMA接头上，由矢量网络分析仪测得反射系数S11和透射系数S21,再根据反射系数S11、透射系数S21与待测介质14的复介电常数间函数关系，计算待测介质14的复介电常数。
实施例2
内导体与同轴腔相同横截面位置处的外径和内径具有相同的比例，该比例为1:2.3。

Claims (9)

1.一种VHF频段复介电常数测量装置，其特征在于，由内导体和同轴腔组成；内导体为轴对称圆柱体，同轴腔为轴对称圆柱腔，内导体的外径小于同轴腔内径，内导体位于同轴腔内部，两者构成同轴线结构；待测介质为圆环结构，套装在内导体上；在内导体两端与SMA接头连接，SMA接头与矢量网络分析仪连接，采用矢量网络分析仪测量反射系数S11和透射系数S21,再根据反射系数S11、透射系数S21与复介电常数间关系，计算待测介质的复介电常数。
2.根据权利要求1所述的VHF频段复介电常数测量装置，其特征在于，所述同轴腔由左腔、右腔套接而成，在套接位置处，采用螺栓紧固，以防电磁泄露；左腔、右腔内部腔体长度相等；左腔右侧接口为公头，右腔左侧接头为母头，公头与母头用于左腔、右腔套接；在左腔右侧、右腔左侧分别设置环形台阶，环形台阶与同轴腔同轴，用于固定待测介质；左腔左侧为细端、在左腔左侧开孔接入SMA接头；右腔右侧为细端，在右腔右侧开孔接入SMA接头。
3.根据权利要求2所述的VHF频段复介电常数测量装置，其特征在于，所述左腔底部设置左支撑座，右腔底部设置右支撑座，用于支撑同轴腔；所述左支撑座、右支撑座的底部平齐、且具有相同支撑高度；所述左支撑座与左腔、右支撑座与右腔通过螺栓紧固。
4.根据权利要求2所述的VHF频段复介电常数测量装置，其特征在于，所述待测介质为圆环状，待测介质的外径与左腔中环形台阶外径相同，厚度与左腔中环形台阶长度相同。
5.根据权利要求1所述的VHF频段复介电常数测量装置，其特征在于，所述内导体由左内导体、右内导体组成；左内导体左侧为细端，右侧为粗端，右侧具有螺孔，螺孔与内导体同轴；右内导体右侧为细端，左侧为粗端，左侧具有螺杆，螺杆与内导体同轴；将右内导体的螺杆旋入左内导体的螺孔中，用于将左内导体与右内导体连接和紧固；左内导体的细端、右内导体的细端分别与SMA接头连接。
6.根据权利要求3或4或5所述的VHF频段复介电常数测量装置，其特征在于，该装置使用流程是：
1)把左支撑座与左腔连接，右支撑座与右腔连接，将左支撑座、右支撑座放置在同一平面上；
2)把待测介质放置在左腔中环形台阶上；
3)把左内导体与右内导体连接起来，使左内导体的细端朝向环形台阶、缓慢地穿过待测介质中间圆孔，使左内导体的细端与左腔SMA接头连接；
4)在同一平面上，缓慢移动右腔向左同轴腔靠拢，确保右内导体细端插入到右腔SMA接头处，采用螺栓把左腔、右腔紧固起来；
5)把矢量网络分析仪接在左腔、右腔的SMA接头上，由矢量网络分析仪测得反射系数S11和透射系数S21,再根据反射系数S11、透射系数S21与待测介质14的复介电常数间函数关系，计算待测介质的复介电常数。
7.根据权利要求1所述的VHF频段复介电常数测量装置，其特征在于，所述内导体与同轴腔相同横截面位置处的外径和内径具有相同的比例。
8.根据权利要求7所述的VHF频段复介电常数测量装置，其特征在于，所述内导体与同轴腔相同横截面位置处的外径和内径的比例为1:2.3。
9.根据权利要求8所述的VHF频段复介电常数测量装置，其特征在于，所述内导体的材质为铜，所述同轴腔的材质为铝。
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