一种测量微小材料样本多频点介电常数的装置与方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种测量微小材料样本多频点介电常数的装置与方法，涉及材料科学领域，解决了目前材料的介电常数的值都对应于某一频段，并不能测试到对应具体频率的具体数值的介电常数的问题。本发明专利技术高频谐振结构，包括螺孔(5)和进出口(1)，所述进出口(1)用于放入或取出微扰体(3)，所述螺孔(5)用于螺纹连接调谐螺钉，所述高频谐振结构用于测量所述微扰体(3)的介电常数，所述调谐螺钉用于改变高频谐振结构的工作频率点。本发明专利技术克服了以往只能够测试某一频率范围内材料介电常数的困难，最终能够实现测试目标频率点对应的介电常数的方法。

【技术实现步骤摘要】
一种测量微小材料样本多频点介电常数的装置与方法
本专利技术涉及材料科学领域，具体涉及一种测量微小材料样本多频点介电常数的装置与方法。
技术介绍
材料科学的迅猛发展为各领域科研工作的深入推进创造了必要条件，即技术的实现依赖于对于材料特性的不断探索，例如材料的耐热性，介电常数等。而对于介质内电特性的研究，核心之一在于对介电常数方法的探索。在测量材料的介电常数方法方面，一般包含有传输线法、电路法、谐振法、自由空间波法等等，这些方法都是针对具体情况来使用的，且国家标准测量方法的覆盖频率为50MHz以下，100MHz～30GHz之间。但是电真空器件研究的迅速发展使得器件的频率已达到太赫兹级别。材料介电常数的测量方法能极大帮助电真空器件的研究工作以及工程应用方面，目前对于测试介电常数的方法仅能够测试某一个频段的介电常数值，这样的介电常数数值若能够对应于某一个频率点，则能够为某些领域在高频段的研究工作提供新的研究手段，是极其具有价值的。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：1)国家标准测量方法的覆盖频率为50MHz以下，100MHz～30GHz之间；2)目前材料的介电常数的值都对应于某一频段，并不能测试到对应具体频率的具体数值的介电常数；本专利技术提供了解决上述问题的一种测量微小材料样本多频点介电常数的装置与方法，本专利技术在高频率的大前提下，通过谐振腔及微扰法来测试某一个频率点的材料介电常数。本专利技术通过下述技术方案实现：一种测量微小材料样本多频点介电常数的装置，包括高频谐振结构，所述高频谐振结构包括螺孔和进出口，所述进出口用于放入或取出微扰体，所述螺孔用于螺纹连接调谐螺钉，所述高频谐振结构用于测量所述微扰体的介电常数，所述调谐螺钉用于改变高频谐振结构的工作频率点。进一步地，所述高频谐振结构为谐振腔，所述高频谐振结构工作频率点在30GHz～300GHz范围内。进一步地，所述高频谐振结构为长方体结构。进一步地，所述高频谐振结构包括两个腔体，分别为样本腔体和波导腔体，两个腔体之间隔开，且两个腔体之间通过矩形窗连通；所述样本腔体用于放置微扰体，所述波导腔体用于传导输入输出波导。进一步地，所述样本腔体包括设置在一端的螺孔，还包括进出口，所述螺孔和所述进出口均为打通样本腔体侧面的孔洞结构，其中所述螺孔的内部内侧有配合所述调谐螺钉的内螺纹。进一步地，包括多个螺孔和多个进出口。一种测量微小材料样本多频点介电常数的方法，基于所述的一种测量微小材料样本多频点介电常数的装置，包括如下步骤：S1、在高频谐振结构中放入微扰体，微扰体改变高频谐振结构的工作频率点；S2、测得加入微扰体后高频谐振结构的工作频率点差值，基于差值与微扰体介电常数之间的关系，计算得到在所述工作频率点下的微扰体的介电常数。S3、加入调谐螺钉，改变调谐螺钉的位置，调谐螺钉改变高频谐振结构的工作频率点，测量得到所述调谐螺钉的位置的高频谐振结构，得到多个不同的高频谐振结构；S4、测量得到S3中多个不同的高频谐振结构对应的多个工作频率点，依据S4中多个工作频率点计算得到对应的多个工作频率点下的微扰体的对应的多个介电常数。进一步地，采用矢量网络分析仪测量所述高频谐振结构的工作频率点。进一步地，通过谐振腔微扰公式计算或仿真软件计算获得所述高频谐振结构中的场强值和微扰体的体积，计算微扰体的介电常数的方法：基于多组数据，包括测得的频率偏移值△f、高频谐振结构的工作频率点f0和介电常数ε。输入所述多组数据的谐振腔的体积和微扰体的体积，推导或测量高频结构工作频点f0和微扰体处场强值，利用高频谐振结构的工作频率点和介电常数之间的公式，公式包括高频结构工作频点、高频谐振结构中的场强值和频率偏移值△f，其中频率偏移值△f为谐振腔内加入微扰体后的工作频率点与f0的差值；依据所述公式计算或通过仿真软件仿真得到微扰体的介电常数。对于谐振腔的解释：谐振腔能够在具体的某一个谐振频率点工作，这样就能对应地测试此频率的介电常数，通过设计矩形谐振腔的三维尺寸，可以将谐振腔的工作频率设计在30GHz～300GHz范围内，保证了测量方法能够测量30GHz～300GHz频率范围内的介电常数的原因；谐振腔的工作频率为一个频率点，不像如行波管一样是工作在一个频段，这也是能够保证精准测量到某一频率点的原因；借助于谐振腔作为测量材料介电常数的载体则使得测量中所需要用到的材料样本体积能够很小，满足了小空间环境下测试微小样本的介电常数的创新点。进一步地，本专利技术的装置及方法可以精确控制谐振腔的频率，从而获得每一个频率点下的样本材料的介电常数。进一步地，设计谐振腔器件一般而言只能工作在一个频率点，但是为了测试的灵活性，使得工作频率能够小幅可调，故通过添加或调整调谐螺钉的方式来改变结构从而使得谐振腔的工作频率值发生变化以达到测试多个频率值的介电常数。本专利技术具有如下的优点和有益效果：本专利技术测试方法的覆盖范围为30GHz～300GHz，克服了常规方法测试介电常数在频率上的限制。本专利技术采取测量样本时，仅仅需要小体积的样本材料即可，且用于测量样本的空间需求也很小，实现了小空间背景下测量小样本介电常数的方法。本专利技术克服了以往只能够测试某一频率范围内材料介电常数的困难，最终能够实现测试目标频率点对应的介电常数的方法。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本专利技术实施例的限定。在附图中：图1为本专利技术的高频结构示例图。图2为本专利技术的高频结构剖面示例图。图3为本专利技术的谐振腔内加入微扰体示例图。图4为本专利技术的调谐螺钉示例图。图5为本专利技术的加入一个调谐螺钉时的谐振腔示例图。图6为本专利技术的加入两个调谐螺钉时的谐振腔示例图。图7为本专利技术的加入四个调谐螺钉时的谐振腔示例图。图8为本专利技术的调节调谐螺钉在谐振腔中位置示例图。附图中标记及对应的零部件名称：1、进出口；2、谐振腔；3、微扰体；4、输入输出波导；5、螺孔。具体实施方式在对本专利技术的任意实施例进行详细的描述之前，应该理解本专利技术的应用不局限于下面的说明或附图中所示的结构的细节。本专利技术可采用其它的实施例，并且可以以各种方式被实施或被执行。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性改进前提下所获得的所有其它实施例，均属于本专利技术保护的范围。一种测量微小材料样本多频点介电常数的装置，如图1-8所示，包括高频谐振结构，所述高频谐振结构包括螺孔5和进出口1，所述进出口1用于放入或取出微扰体3，所述螺孔5用于螺纹连接调谐螺钉，所述高频谐振结构用于测量所述微扰体3的介电常数，所述调谐螺钉用于改变高频谐振结构的工作频率点。进一步地，所述高频谐振结构为谐振腔2，所述高频谐振结构工作频率点在30GHz-300GHz范围内。进一步地，所述高频谐振结构本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种测量微小材料样本多频点介电常数的装置，其特征在于，包括高频谐振结构，所述高频谐振结构包括螺孔(5)和进出口(1)，所述进出口(1)用于放入或取出微扰体(3)，所述螺孔(5)用于螺纹连接调谐螺钉，所述高频谐振结构用于测量所述微扰体(3)的介电常数，所述调谐螺钉用于改变高频谐振结构的工作频率点。/n

【技术特征摘要】
1.一种测量微小材料样本多频点介电常数的装置，其特征在于，包括高频谐振结构，所述高频谐振结构包括螺孔(5)和进出口(1)，所述进出口(1)用于放入或取出微扰体(3)，所述螺孔(5)用于螺纹连接调谐螺钉，所述高频谐振结构用于测量所述微扰体(3)的介电常数，所述调谐螺钉用于改变高频谐振结构的工作频率点。


2.根据权利要求1所述的一种测量微小材料样本多频点介电常数的装置，其特征在于，所述高频谐振结构为谐振腔(2)，所述高频谐振结构工作频率点在30GHz～300GHz范围内。


3.根据权利要求2所述的一种测量微小材料样本多频点介电常数的装置，其特征在于，所述高频谐振结构为长方体结构。


4.根据权利要求3所述的一种测量微小材料样本多频点介电常数的装置，其特征在于，所述高频谐振结构包括两个腔体，分别为样本腔体和波导腔体，两个腔体之间隔开，且两个腔体之间通过矩形窗连通；
所述样本腔体用于放置微扰体(3)，所述波导腔体用于传导输入输出波导(4)。


5.根据权利要求4所述的一种测量微小材料样本多频点介电常数的装置，其特征在于，所述样本腔体包括设置在一端的螺孔(5)，还包括进出口(1)，所述螺孔(5)和所述进出口(1)均为打通样本腔体侧面的孔洞结构，其中所述螺孔(5)的内部内侧有配合所述调谐螺钉的内螺纹。


6.根据权利要求5所述的一种测量微小材料样本多频点介电常数的装置，其特征在于，包括多个螺孔(5)和多个进出口(1)。


7.一种测量微小材料样本多频点介电常数的方法，其特征在于，基于权利要求1-6任意一条所述的一种测量微小材料样本多频点介电常数的装置，包括如下步骤：
S1、在高...

【专利技术属性】
技术研发人员：王彬，徐彻，蒙林，殷勇，李海龙，袁学松，张平，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51