CN113252992A - 材料介电性能测试设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种材料介电性能测试设备，包括耦合波导组件、第一反射镜、第二反射镜、驱动单元和支撑组件，将被测样品置入第一反射镜和第二反射镜之间所形成的谐振腔中，光束从耦合波导组件的发射端中输入至谐振腔中，在穿透被测样品后进入耦合波导组件的接收端，控制单元可获得与未置入被测样品时不同的谐振频率，从而计算出被测样品的相对介电常数，当需要改变谐振腔中的波频时，通过驱动单元使被测样品在所述第一反射镜与所述第二反射镜之间运动，检测被测样品在不同位置时所对应的电场，最强电场确定后，后续在该波频下进行不同被测样品的检测时均可将被测样品放置于该最强电场的位置，从而提高了最终所计算的复介电常数的准确度。

Description

材料介电性能测试设备

技术领域

本发明涉及陶瓷材料制造技术领域，尤其涉及一种材料介电性能测试设备。

背景技术

钛酸钡、MLCC介质材料、微波介质材料等电子陶瓷材料被广泛应用于电容、电阻、电感、微波器件、传感器件、印刷电路、消费电子外壳、高档穿戴产品、指纹识别片等，随着毫米波通信系统、精确制导、电子对抗等技术的发展和应用，对包括电子陶瓷材料在内的介质材料的研究越来越受到重视，而复介电常数是描述低损耗介质材料介电性能的最基本参数之一，随着毫米波的技术研究的发展，准光腔在毫米波中的应用更广泛，是精密测量低损耗介质复介电常数的有力工具。

在毫米波频段和亚毫米波频段，测量低损耗材料电介质参数通常采用电磁开腔技术，开腔具有高Q值，使用简便，样品放置容易等许多优点，能够有效地完成介质材料电介质参数精密测量的任务，常用的光学开放式谐振腔由两片对应设置的平面镜所组成的平面镜谐振腔，通过把样品放在位于下方的平面镜上，位于上方的反射镜设有耦合孔，通过耦合波导组件发射光束，光束穿过样品并到达下方的平面镜后在下方的平面镜的反射下再次穿过耦合孔并返回耦合波导组件，与耦合波导组件电性连接的上位机接收到谐振频率，在确定的谐振腔长下，根据置入样品后和置入样品前的谐振腔的谐振频率，计算出样品的相对介电常数。

发明人发现，对样品的材料介电性能测试中，需要将样品放置于电场的最强处，而现有技术中的材料介电性能测试设备无法精准地找到最强电场处的位置，从而影响到了最终计算得到的复介电常数的精确度。

发明内容

本发明提供一种材料介电性能测试设备，以解决现有技术中的材料介电性能测试设备无法精准地找到最强电场处的位置，从而影响到了最终计算得到的复介电常数的精确度的问题。

本发明提供了一种材料介电性能测试设备，包括耦合波导组件、第一反射镜、第二反射镜、驱动单元和支撑组件，所述耦合波导组件用于发射可穿透被测样品的光束并接收穿透被测样品后的光束，所述第一反射镜或所述第二反射镜设有可供光束贯穿的第一耦合孔，所述第二反射镜与所述第一反射镜相对设置，所述第一反射镜为平面镜，所述驱动单元用于使被测样品在所述第一反射镜与所述第二反射镜之间沿垂直于所述第一反射镜的方向运动，所述第一反射镜及所述第二反射镜连接于所述支撑组件，所述控制单元与所述耦合波导组件及所述驱动单元电性连接。

进一步地，所述第一耦合孔设置于所述第一反射镜，所述第二反射镜设有可供光束贯穿的第二耦合孔，所述第二耦合孔和所述第一耦合孔同轴；所述耦合波导组件包括第一探针和第二探针，所述第一探针的外边缘与所述第一耦合孔配合连接，所述第二探针的外边缘与所述第二耦合孔配合连接，所述第一探针和所述第二探针中的一者用于发射光束，另一者用于接收光束。

进一步地，所述第二反射镜为凹面镜，所述第二耦合孔设置于所述第二反射镜的中心位置。

进一步地，所述第一探针用于发射光束，所述第二探针用于接收光束。

进一步地，还包括探针底座，所述第一探针滑动连接于所述探针底座并可沿所述第一耦合孔的轴线方向移动，所述探针底座滑动连接于所述第一反射镜。

进一步地，所述支撑组件包括顶板、侧板和底板，所述驱动单元连接于所述侧板，所述第一反射镜和所述第二反射镜连接于所述侧板，所述顶板和所述底板分别连接于所述侧板的两端，所述第一反射镜和所述第二反射镜均位于所述顶板和所述底板之间。

具体地，所述第一反射镜和所述第二反射镜通过螺纹紧固件可拆卸连接于所述侧板，所述侧板设有两个，分别位于第一反射镜的对应的两侧，所述支撑组件还包括多个支撑柱，多个所述支撑柱的两端分别连接所述顶板和所述底板。

进一步地，所述控制单元包括上位机和显示单元，所述第一探针通过第一电缆与所述上位机电性连接，所述第二探针通过第二电缆与所述上位机电性连接，所述上位机与所述显示单元电性连接，具体地，所述上位机包括网络分析仪。

进一步地，还包括承载台，所述承载台用于承载被测样品，所述承载台连接于所述驱动单元，所述驱动单元驱动所述承载台在所述第一反射镜与所述第二反射镜之间沿垂直于所述第一反射镜的方向运动，所述承载台包括可供光束贯穿的通孔。

进一步地，所述驱动单元包括丝杆螺母机构、固定板和活动板，所述固定板固定连接于所述支撑组件，所述活动板滑动连接于所述固定板，所述丝杆螺母机构包括螺纹配合的螺母和丝杆，所述承载台通过所述活动板连接于所述丝杆，通过转动所述螺母带动所述丝杆沿垂直于所述第一反射镜的方向直线运动，从而实现所述活动板及所述承载台的移动，更具体地，所述驱动单元还包括锁紧机构，所述锁紧机构用于锁紧定位后的所述活动板的位置，所述锁紧机构包括螺栓，所述螺栓螺纹连接于所述固定板，在所述螺栓的进给量足够大时，所述螺栓可紧贴所述活动板，通过挤压力固定所述活动板，从而避免调整好位置的所述活动板发生偏移。

进一步地，所述承载台包括高电导率铝合金材质层。

本发明的提供的材料介电性能测试设备的有益效果为：

在第一反射镜和第二反射镜之间所形成的固定腔长的谐振腔中，光束从耦合波导组件的发射端中输入至谐振腔中，经过谐振腔后输入至耦合波导组件的接收端，控制单元可获得一定的谐振频率值，随后将被测样品置入谐振腔中，光束从耦合波导组件的发射端中输入至谐振腔中，在穿透被测样品后输入耦合波导组件的接收端，控制单元可获得与未置入被测样品时不同的谐振频率值，根据置入被测样品前后所获得的谐振频率值的差值，可计算出被测样品的相对介电常数，谐振腔中的波频确定后，通过驱动单元使被测样品在所述第一反射镜与所述第二反射镜之间沿垂直于所述第一反射镜的方向运动，检测被测样品在不同位置时所对应的电场，从而精准地找到该波频下的谐振腔的最强电场的位置，在谐振腔中，当该波段的最强电场确定后，其谐振频率相应确定，在测试中所得到的位于最强电场的被测样品的谐振频率值相较于位于较弱电场位置的被测样品的谐振频率值更小，谐振频率值越小，在测试过程中越有助于逐渐缩小span值，提高谐振频率值的准确度，从而提高了最终所计算的复介电常数的准确度，其中，本领域技术人员根据公知常识清楚谐振频率值大小与span值的大小，span值大小与谐振频率值的准确度之间的关系。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的实施例1的材料介电性能测试设备的结构示意图；

图2是本发明提供的实施例2的材料介电性能测试设备的主视结构示意图；

图3是本发明提供的实施例2的材料介电性能测试设备的左视结构示意图；

图4是本发明提供的实施例2的驱动单元的右视结构示意图；

图5是本发明提供的实施例3的控制单元的结构示意图；

附图标记说明：

1、耦合波导组件；11、第一探针；111、第一电缆；121、第二电缆；12、第二探针；13、探针底座；2、第一反射镜；21、第一耦合孔；3、第二反射镜；31、第二耦合孔；4、驱动单元；41、固定板；42、活动板；43、内后板；44、外后板；431、空腔；45、螺母；46、丝杆；47、螺栓；5、支撑组件；51、顶板；52、侧板；521、螺纹紧固件；53、底板；54、支撑柱；6、控制单元；61、上位机；62、显示单元；7、承载台；71、通孔；8、被测样品。

具体实施方式

为使发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合发明中的附图，对发明中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于发明保护的范围。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“第一方面实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

下面结合图1-图5描述本发明提供的一种材料介电性能测试设备。

如图1所示，本发明的的实施例1提供了一种材料介电性能测试设备，包括耦合波导组件1、第一反射镜2、第二反射镜3、驱动单元4和支撑组件5，耦合波导组件1用于发射可穿透被测样品8的光束并接收穿透被测样品8后的光束，第一反射镜2或第二反射镜3设有可供光束贯穿的第一耦合孔21，第二反射镜3与第一反射镜2相对设置，第一反射镜2为平面镜，驱动单元4用于使被测样品8在第一反射镜2与第二反射镜3之间沿垂直于第一反射镜2的方向运动，第一反射镜2及第二反射镜3连接于支撑组件5，控制单元与耦合波导组件1及驱动单元4电性连接。

在第一反射镜2和第二反射镜3之间所形成的固定腔长的谐振腔中，光束从耦合波导组件1的发射端中输入至谐振腔中，经过谐振腔后输入至耦合波导组件1的接收端，控制单元可获得一定的谐振频率值，随后将被测样品8置入谐振腔中，光束从耦合波导组件1的发射端中输入至谐振腔中，在穿透被测样品8后输入耦合波导组件1的接收端，控制单元可获得与未置入被测样品8时不同的谐振频率值，根据置入被测样品8前后所获得的谐振频率值的差值，可计算出被测样品8的相对介电常数，在谐振腔中的波频确定后，通过驱动单元4使被测样品8在第一反射镜2与第二反射镜3之间沿垂直于第一反射镜2的方向运动，检测被测样品8在不同位置时所对应的电场，被测样品8被移动至不同位置时的电场不同，通过对比，可精准地得知在该波频下的谐振腔的最强电场的位置，当该波频的谐振腔的最强电场确定后，即使改变被测样品8，最强电场的位置不变，则后续在该波频下进行检测的被测样品8均在该最强电场的位置进行检测，提高了所测得的谐振频率的准确度，从而提高了最终所计算的复介电常数的准确度，当谐振腔的波频改变时，通过以上方式再次寻找最强电场的位置即可，其中，对于入射光束形成谐振所需要限定的特定测试频率范围为20GHz—43.5GHz范围之间。

根据本实施例，第一耦合孔21设置于第一反射镜2，第二反射镜3设有可供光束贯穿的第二耦合孔31，第二耦合孔31和第一耦合孔21同轴；耦合波导组件1包括第一探针11和第二探针12，第一探针11的外边缘与第一耦合孔21配合连接，第二探针12的外边缘与第二耦合孔31配合连接，第一探针11和第二探针12中的一者用于发射光束，另一者用于接收光束。现有技术的用于发射光束的发射端和用于接收光束的接收端位于同一个耦合装置中，即发射端和接收端都位于被测样品的同一方向，通过发射光束至被测样品，穿透过被测样品后在用于支撑被测样品的平面镜的反射作用下折返回接收端，虽然光束最终会返回接收端，但光束在谐振腔中的传输路径在往复折返过程中路径曲折，且轨迹不可控，经过的干扰介质更多，而在本实施例中，从第一探针11输入至谐振腔中的光束穿透过被测样品8后沿原方向继续运动并输入至与第一探针11同轴设置的第二探针12，光束的传输路径与第一探针11同轴，光束路径稳定，经过的干扰介质更少，光束信号传输的稳定性也必然会更好。

根据本实施例，第二反射镜3为凹面镜，第二耦合孔31设置于第二反射镜3的中心位置。凹面镜与平面镜之间形成电场，凹面镜具有一定的曲率半径，本领域技术人员根据掌握的公知常识可以得知具有曲率半径的凹面镜与平面镜所形成的谐振腔能使在腔内传播的电磁波可以往复多次而不进行横向移除。

根据本实施例，第一探针11用于发射光束，第二探针12用于接收光束。发射端在平面镜，接受端在凹面镜是为了控制谐振腔中的光束汇，使谐振腔内的光束任意往返而不逃出谐振腔外。

如图2-图4所示，本发明的的实施例2提供了一种材料介电性能测试设备，还包括探针底座13，第一探针11滑动连接于探针底座13并可沿第一耦合孔21的轴线方向移动，探针底座13连接于第一反射镜2。通过滑动第一探针11在探针底座13上的位置，使第一探针11的位置实现微调，可使第一探针11与第二探针12之间的距离实现灵活调整，保证了光束在谐振腔中的移动距离的准确度。

根据本实施例，支撑组件5包括顶板51、侧板52和底板53，第一反射镜2和第二反射镜3连接于侧板52，顶板51和底板53分别连接于侧板52的上下两端，驱动单元4连接于侧板52。如此设置，使第一反射镜2和第二反射镜3可通过支撑组件5得到连接，即使需要将材料介电性能测试设备转移，第一反射镜2和第二反射镜3也能一同移动，保证了第一反射镜2和第二反射镜3之间的位置关系得到固定。

具体地，第一反射镜2和第二反射镜3通过螺纹紧固件521可拆卸连接于侧板52，侧板52设有两个，分别位于第一反射镜2的对应的两侧，支撑组件5还包括多个支撑柱54，多个支撑柱54的两端分别连接顶板51和底板53。通过拆卸第一反射镜2或第二反射镜3的方式即可实现对第一反射镜2或第二反射镜3的更换，无需因为第一反射镜2或第二反射镜3的损坏而更换整台材料介电性能测试设备。

根据本实施例，还包括承载台7，承载台7用于承载被测样品8，承载台7连接于驱动单元4，驱动单元4驱动承载台7运动，使承载台7在第一反射镜2和第二反射镜3之间沿垂直于第一反射镜2的方向运动，承载台7包括可供光束穿透的通孔71，通孔71的大小根据被测样品8决定。

根据本实施例，驱动单元4包括丝杆螺母机构、固定板41、活动板42、内后板43和外后板44，内后板43和外后板44的两端分别连接于顶板51和底板53，内后半设有可供活动板42活动的空腔431，固定板41固定连接于内后板43及外后板44，丝杆螺母机构包括螺纹配合的螺母45和丝杆46，承载台7通过活动板42连接于丝杆46，通过转动螺母45带动丝杆46沿垂直于第一反射镜2的方向直线运动，从而实现活动板42及承载台7的移动，更具体地，驱动单元4还包括锁紧机构，锁紧机构包括螺栓47，螺栓47螺纹连接于固定板41，在螺栓47的进给量足够大时，螺栓47可紧贴活动板42，通过挤压力固定活动板42，从而避免调整好位置的活动板42发生偏移。

根据本实施例，承载台7包括高电导率铝合金材质层。如此设置，可降低经过承载台7后的光束的衍射能量传输反射损耗，减小测试误差，提高测试准确性。

如图5所示，本发明的的实施例3提供了一种材料介电性能测试设备，控制单元6包括上位机61和显示单元62，第一探针11通过第一电缆111与上位机61电性连接，第二探针12通过第二电缆121与上位机61电性连接，上位机61和显示单元62电性连接。通过上位机61根据所接收的不同的谐振频率的差值从而代入相关现有公式进行计算，从而得到复介电常数，并能将相关数值显示于显示单元62中，具体地，上位机61包括网络分析仪。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种材料介电性能测试设备，其特征在于，包括：

耦合波导组件，用于发射可穿透被测样品的光束并接收穿透被测样品后的光束；

第一反射镜，为平面镜；

第二反射镜，与所述第一反射镜相对设置；

驱动单元，用于使被测样品在所述第一反射镜与所述第二反射镜之间沿垂直于所述第一反射镜的方向运动；

支撑组件，所述第一反射镜及所述第二反射镜连接于所述支撑组件；

控制单元，与所述耦合波导组件及所述驱动单元电性连接；

所述第一反射镜或所述第二反射镜设有可供光束贯穿的第一耦合孔。

2.根据权利要求1所述的材料介电性能测试设备，其特征在于，所述第一耦合孔设置于所述第一反射镜，所述第二反射镜设有可供光束贯穿的第二耦合孔，所述第二耦合孔和所述第一耦合孔同轴；

所述耦合波导组件包括第一探针和第二探针，所述第一探针的外边缘与所述第一耦合孔配合连接，所述第二探针的外边缘与所述第二耦合孔配合连接，所述第一探针和所述第二探针中的一者用于发射光束，另一者用于接收光束。

3.根据权利要求2所述的材料介电性能测试设备，其特征在于，所述第二反射镜为凹面镜，所述第二耦合孔设置于所述第二反射镜的中心位置。

4.根据权利要求3所述的材料介电性能测试设备，其特征在于，所述第一探针用于发射光束，所述第二探针用于接收光束。

5.根据权利要求2所述的材料介电性能测试设备，其特征在于，还包括探针底座，所述第一探针滑动连接于所述探针底座并可沿所述第一耦合孔的轴线方向移动，所述探针底座连接于所述第一反射镜。

6.根据权利要求5所述的材料介电性能测试设备，其特征在于，所述支撑组件包括：

顶板；

底板；

侧板，所述顶板和所述底板分别连接于所述侧板的两端，所述第一反射镜和所述第二反射镜连接于所述侧板。

7.根据权利要求2所述的材料介电性能测试设备，其特征在于，所述控制单元包括上位机和显示单元，所述第一探针通过第一电缆与所述上位机电性连接，所述第二探针通过第二电缆与所述上位机电性连接，所述上位机与所述显示单元电性连接。

8.根据权利要求1-7任一项所述的材料介电性能测试设备，其特征在于，还包括承载台，所述承载台用于承载被测样品，所述承载台连接于所述驱动单元，所述驱动单元驱动所述承载台在所述第一反射镜与所述第二反射镜之间沿垂直于所述第一反射镜的方向运动，所述承载台包括可供光束穿透的通孔。

9.根据权利要求8所述的材料介电性能测试设备，其特征在于，所述驱动单元包括活动板、固定板和锁紧机构，所述活动板滑动连接于所述固定板，所述固定板连接于所述支撑组件，所述承载台连接于所述活动板，所述锁紧机构用于锁紧定位后的活动板的位置。

10.根据权利要求8所述的材料介电性能测试设备，其特征在于，所述承载台包括高电导率铝合金材质层。

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