CN201666921U - 宽带高温介电性能测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种宽带高温介电性能测量装置，包括依次机械连接的第一降温组件、左穿墙、第一测试夹具、高温连接器、右穿墙、第二降温组件，所述的第一降温组件和第二降温组件通过电缆连接至控制采集装置，所述的第一测试夹具、高温连接器及连接于所述第一测试夹具的左穿墙的右侧部分、连接于所述高温连接器的右穿墙的左侧部分置于一高温加热箱内，所述的高温加热箱内还置有一温度监控装置。本装置采用高温误差修正技术和时域技术提高了高温介电性能的测量准确度。本测量装置弥补了现有高温介电性能测量装置频带窄、准确度低等缺点。

Description

宽带高温介电性能测量装置

技术领域

本实用新型涉及一种用于介电性能测量领域的测量装置，特别是涉及一种宽带高温介电性能测量装置。

背景技术

目前，微波材料介电性能常温测量方法很多，但利用常温的测量结果对工作在高温条件的系统进行设计势必会引入误差。通常介电性能的高温测量采用三种方法：高温谐振腔法、高温准光腔法、高温开路终端同轴线法。高温谐振腔法通常直接在腔外对介质加热，温度计置于电场垂直方向监测温度，通过测量填充样品的谐振频率、品质因数、腔体尺寸和样品厚度求得介电常数。高温准光腔法将样品置于平面镜上共同被加热，通过测量样品放入腔体前后谐振频率、品质因数的变化，结合腔体尺寸和样品厚度求得介电常数。高温开路终端同轴线法是将同轴探头置于高温样品表面，通过测量样品的复反射特性求得介电常数。高温谐振腔法测量频率取决于腔体尺寸，当测量频率很低时，对应波长较长，腔体尺寸很大，在实际测量工作中无法实现；当测量频率逐渐升高至毫米波频段，腔体尺寸减小，品质因数迅速降低，误差增大，因此谐振腔法的测量频率无法低至几百兆以下，也不适为毫米波及以上频段，并且只能在点频或很窄的频段进行测量。高温准光腔法通常工作在毫米波频段，适用于波导8mm及以上波段，受波导耦合传输线限制，测量频段相对较窄，不超过一个波导波段。高温开路终端同轴线法可以工作在较低的测量频率，工作频段也比较宽，但由于采用开放式测量，误差修正等技术难以完善，准确度较低。

发明内容

本实用新型在于避免以上现有技术的不足而提供一种宽带高温介电性能测量装置。以解决10MHz~18GHz频率范围、RT~600℃温度范围介电性能的准确测量问题。

本实用新型的技术方案为：

一种宽带高温介电性能测量装置，包括依次机械连接的第一降温组件、左穿墙、第一测试夹具、高温连接器、右穿墙、第二降温组件，所述的第一降温组件和第二降温组件通过电缆连接至控制采集装置，所述的第一测试夹具、高温连接器及连接于所述第一测试夹具的左穿墙的右侧部分、连接于所述高温连接器的右穿墙的左侧部分置于一高温加热箱内，所述的高温加热箱内还置有一温度监控装置。

所述的温度监控装置为依次机械连接的N型短路器、第二测试夹具、第一传感器、N型开路器。

所述的第一测试夹具连接有一置于高温加热箱内的第二传感器。

所述的第二传感器连接有一置于高温加热箱外的温度计。

所述的机械连接为螺接。

所述的控制采集装置为一连接网络分析仪的控制机。

本实用新型的优点

本测量装置基于传输反射理论，测试夹具、高温组件、降温组件、高温加热箱、温度监控装置，结合网络分析仪和校准件组建系统，采用高温误差修正技术和时域技术提高了高温介电性能的测量准确度。本测量装置弥补了现有高温介电性能测量装置频带窄、准确度低等缺点。

附图说明

图1为本实用新型装置原理结构图；

图2为本实用新型中高温加热箱结构图。

具体实施方式

如图1所示，一种宽带高温介电性能测量装置包括依次机械连接的第一降温器件1、左穿墙2、第一测试夹具3、高温连接器4、右穿墙5、第二降温器件6，所述的第一降温器件1和第二降温器6件通过网络分析仪测试电缆7连接至控制采集装置8，所述的第一测试夹具3、高温连接器4及连接于所述第一测试夹具3的左穿墙2的右侧部分、连接于所述高温连接器4的右穿墙2的左侧部分置于一高温加热箱9内，所述的高温加热箱9内还置有一温度监控装置。所述的温度监控装置为依次机械连接的N型短路器10、第二测试夹具11、传感器12、N型开路器13，所述的N型开路器外接有一温度计14。所述的第一测试夹具3连接有一置于高温加热箱9内的第二传感器15。所述的第二传感器15连接有一置于高温加热箱9外的温度计16。其中上述所述的机械连接可为螺接。所述的控制采集装置8为一连接网络分析仪的控制机。

以下对本实用新型各个组件分别介绍。

高温组件：

左穿墙、右穿墙和高温连接器称之为高温组件，它们都是两端口器件，由内导体、外导体和支撑环组成。外导体为圆柱腔，内径直径为7mm，外径直径为15.4mm，采用不锈钢材质。内导体为圆柱体，外径直径为3.04mm，采用不锈钢材质。内外导体间的支撑环为圆环体，内径直径为3.04mm，外径直径为7mm，厚度为4mm，采用发泡二氧化硅加工。支撑环采用螺纹方式与内外导体连接固定。左、右穿墙均为一端同轴N型Male接头，一端同轴N型Female接头，高温连接器两端均为同轴N型Female接头。同轴N型Male接头外导体采用内螺纹花六角螺扣结构，内导体按标准N型插针加工；而同轴N型Female接头外导体为标准N型外螺纹结构，内导体加工成六瓣收口插座形式，试验表明自然退温不会使其失去弹性。高温组件要求精密加工，全频段电压驻波比小于1.20，插入损耗小于0.3dB。

降温组件：

降温器件和网络分析仪测试电缆称之为降温组件。降温器件由内导体、外导体和支撑环组成。外导体为圆柱腔，内径直径为7mm，外径直径为15.4mm；内导体为圆柱体，外径直径为3.04mm。内外导体采用导热率低的不锈钢，两者之间支撑环采用发泡二氧化硅，支撑环与内外导体以螺纹和耐高温胶粘合方式连接，具有很好的气密性，能有效阻隔热空气的传导。降温器件两端均为同轴N型Female接头，长度为10cm的降温器件在1~2小时之内能够有效隔离600℃高温。网络分析仪测试电缆采用相位稳定性好的硬同轴电缆，电缆一端为同轴3.5mm型Female接头，与网络分析仪测试端口连接，一端为N型Male接头，与降温器件连接。经过降温组件的自然降温，网络分析仪测试端口已安全处于常温状态。

测试夹具：

测试夹具设计成两端为同轴N型Male接头无支撑空气线，内外导体嵌套组合，空气填充。外导体为圆柱腔，内径直径7mm，外径直径为15.4mm，采用不锈钢材质，两端均采用内螺纹花六角螺扣结构。内导体为圆柱体，外径直径为3.04mm，采用不锈钢材质，两端均为插针，且一端插针为标准同轴N型内导体插针加正公差20um，一端插针为标准同轴N型内导体插针加负公差20um。测试夹具内导体正公差插针一端与高温连接器连接，负公差插针一端与左穿墙连接。测试夹具要求精密加工，全频段电压驻波比小于1.10，插入损耗小于0.1dB。

温度监测装置

本宽带高温介电性能测量装置是密封式系统，被测样品放置在测试夹具的内外导体间，而传感器位于测试夹具外表面，因此传感器测得的温度并不是被测样品所处环境温度。温度监测装置采用双传感器分别监测高温加热箱内和测试夹具内的温度，找到二者平衡点。具体过程为：将传感器15放在测试夹具3外靠近被测样品的位置，放入高温加热箱9。取另外一测试夹具11，两端分别连接短路器10和开路器13，将传感器12通过开路器13放入测试夹具11外导体内，放入高温加热箱9。设定温度目标值，温度计14和温度计16分别显示两路温度值，直到温度计14和温度计16显示温度一致，保证被测样品处于目标温度。

高温加热箱：

如图2所示，高温加热箱包括里箱21、外箱22、保温层23和底座24四部分。外箱22尺寸为600mm×450mm×500mm，里箱21为250mm×250mm×200mm，保温层23是100mm的石棉层。里箱21采用不锈钢材质，与外箱22间用螺纹杆支撑，支撑杆底部带螺钉，可调节里箱的高度和水平。里箱21放置6根加热灯25和k型热电偶温度传感器26，加热灯25分别安装在里箱21的下方、左方和右方对称位置，不锈钢里箱增强红外反射，集辐射、定向和保温功能于一体。底座安装控温电路、显示电路及报警设备，与高温加热部分隔离，采用抽屉式方式安装。

控制采集及计算部分

控制采集及计算部分包括网络分析仪、控制机和软件及介质定位棒，实现仪器控制校准、高温误差修正、时域技术、数据储存等功能。介质定位棒用于固定被测样品在测试夹具中的参考位置。

具体步骤为：常温条件下完成全二端口校准，建立高温误差矩阵级联模型，加热至不同温度获取高温误差矩阵。基于二端口网络理论、参考面搬移技术、相对法和时域技术消除高温误差项，获得被测样品在高温条件下的散射参数，进一步计算得到介电常数和损耗角正切。

本宽带高温介电性能测量装置的组配关系为第三部分测试夹具内导体负公差插针端与第一部分高温组件中左穿墙相连，之后左穿墙依次与第二部分降温组件、第六部分控制采集及计算部分连接，第三部分测试夹具内导体正公差插针端与第一部分高温组件中高温连接器连接，之后高温连接器依次与第一部分高温组件中右穿墙、第二部分降温组件、第六部分控制采集及计算部分相连。将第四部分温度监测装置和第三部分测量夹具及第一部分中高温连接器放置在高温加热箱内，通过左右穿墙与高温加热箱外部连接。

测量时，按上述组配关系连接宽带高温介电性能测量装置。运行控制机软件对网络分析仪进行初始设置，在测试夹具和左穿墙连接处端面进行全二端口校准。放入被测样品，用介质定位棒固定其参考面位置，启动高温加热箱进行加热，当温度监控装置显示温度一致且等于目标温度值时，运行软件采集计算得到介电性能的测量结果。

宽带高温介电性能测量装置能够实现10MHz~18GHz频率范围、RT~600℃温度范围介电性能的准确测量。

Claims (6)

1.一种宽带高温介电性能测量装置，其特征在于，包括依次机械连接的第一降温组件、左穿墙、第一测试夹具、高温连接器、右穿墙、第二降温组件，所述的第一降温组件和第二降温组件通过电缆连接至控制采集装置，所述的第一测试夹具、高温连接器及连接于所述第一测试夹具的左穿墙的右侧部分、连接于所述高温连接器的右穿墙的左侧部分置于一高温加热箱内，所述的高温加热箱内还置有一温度监控装置。

2.如权利要求1所述的一种宽带高温介电性能测量装置，其特征在于，所述的温度监控装置为依次机械连接的N型短路器、第二测试夹具、第一传感器、N型开路器。

3.如权利要求1所述的一种宽带高温介电性能测量装置，其特征在于，所述的第一测试夹具连接有一置于高温加热箱内的第二传感器。

4.如权利要求3所述的一种宽带高温介电性能测量装置，其特征在于，所述的第二传感器连接有一置于高温加热箱外的温度计。

5.如权利要求1或2或3或4所述的一种宽带高温介电性能测量装置，其特征在于，所述的机械连接为螺接。

6.如权利要求1所述的一种宽带高温介电性能测量装置，其特征在于，所述的控制采集装置为一连接网络分析仪的控制机。