介电性能测试装置的制作方法

本实用新型涉及介电性能测试领域，具体而言，涉及一种介电性能测试装置。

背景技术：

随着微波、毫米波理论及技术研究的发展，薄膜材料的应用随之有较大拓展，在雷达天线、通信、复合材料等领域的应用越来越广泛，不同的应用需求对薄膜样品的介电性能的要求有很大差异。但是薄膜材料厚度很薄，体积较小，在薄膜样品测试时一般将其涂覆在特定的基底上，其中在测试块状均匀介质时，测量高频介电性能较困难。

目前，薄膜样品的介电常数测量方法主要有谐振腔法及传输/反射法，谐振腔法只能用于点频测量，要测量多个频点需要制作多个不同的谐振腔体；传输/反射法是一种单端或双端口传输线法，此方法中应用最广泛的微带法在测试过程中需要预先测试电磁参数已知、且尺寸和厚度与待测薄膜相同的参考样品，但参考样品较难获得，导致实现困难。

技术实现要素：

本实用新型的主要目的在于提供一种介电性能测试装置，以解决现有技术中采用谐振腔法测量薄膜样品的介电常数只能实现点频测量的问题。

为了实现上述目的，根据本实用新型的一个方面，提供了一种介电性能测试装置，包括：谐振腔，包括相对设置的凹面镜和平面镜，凹面镜的凹面朝向平面镜，平面镜具有靠近凹面镜一侧的承载面，用于放置薄膜样品；环体，设置于平面镜靠近凹面镜的一侧，环体具有靠近平面镜一侧的平面，用于将薄膜样品撑平；输入波导，贯穿谐振腔设置；输出波导，固定于平面镜上，且输出波导与输入波导对应设置；网络分析仪，分别与输入波导和输出波导连接。

进一步地，谐振腔具有贯穿至凹面中心的耦合孔，输入波导位于耦合孔中。

进一步地，输出波导设置于平面镜的中心位置。

进一步地，承载面与平面平行。

进一步地，凹面为半球形凹面。

进一步地，穿过半球形凹面的中心点的切面与平面平行。

进一步地，环体将薄膜样品压在承载面上。

进一步地，装置还包括粘结层，粘结层位于平面上，用于固定薄膜样品。

进一步地，介电性能测试装置还包括：第一同轴电缆，矢量网络分析仪通过第一同轴电缆与输入波导连接；第二同轴电缆，矢量网络分析仪通过第二同轴电缆与输出波导连接。

进一步地，介电性能测试装置还包括：加热组件，用于对谐振腔进行加热。

应用本实用新型的技术方案，提供了一种介电性能测试装置，包括谐振腔、环体、输入波导、输出波导和网络分析仪，谐振腔包括相对设置的凹面镜和平面镜，凹面镜的凹面朝向平面镜，平面镜具有靠近凹面镜一侧的承载面，用于放置薄膜样品；环体设置于平面镜靠近凹面镜的一侧，且该环体具有靠近平面镜一侧的平面，用于将待测样品撑平；输入波导贯穿谐振腔设置；输出波导固定于平面镜上；网络分析仪分别与输入波导和输出波导连接。上述谐振腔适用于薄膜样品的测试，测试样品的厚度能够达到微米级，同时采用上述谐振腔能够得到较高的品质因数，其测试精度较高，且能够在较宽的频带内进行多个频率点的测试；并且，薄膜样品环体的使用可以将薄膜样品完全撑平，不需要薄膜制成具有一定厚度及强度的样品，操作方法简单。

附图说明

构成本实用新型的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附

图中：

图1示出了本实用新型的实施例提供的介电性能测试装置的结构示意图；

图2示出了图1所示的介电性能测试装置中环体的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

1、凹面镜；2、平面镜；3、环体；4、输入波导；5、输出波导；6、网络分析仪。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都应当属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

正如背景技术中所介绍的，现有技术中采用谐振腔法测量薄膜样品的介电常数只能实现点频测量。本申请的实用新型人为了解决上述技术问题，提供了一种介电性能测试装置，包括半谐振腔、环体3、输入波导4、输出波导5和网络分析仪6，谐振腔，包括相对设置的凹面镜1和平面镜2，凹面镜1的凹面朝向平面镜2，平面镜2具有靠近凹面镜一侧的承载面，用于放置薄膜样品；环体3，设置于平面镜2靠近凹面镜1的一侧，环体3具有靠近平面镜一侧的平面，用于将薄膜样品撑平；输入波导4贯穿谐振腔设置；输出波导5固定于平面镜上，该输出波导5与输入波导4对应设置；网络分析仪6分别与输入波导4和输出波导5连接。

上述谐振腔适用于薄膜样品的测试，测试样品的厚度能够达到微米级，同时采用上述谐振腔能够得到较高的品质因数，其测试精度较高，且能够在较宽的频带内进行多个频率点的测试；并且，薄膜样品环体的使用可以将薄膜样品完全撑平，不需要薄膜制成具有一定厚度及强度的样品，操作方法简单。

在本实用新型的上述介电性能测试装置中，输入波导4和输出波导5分别与网络分析仪6连接，输入波导4用于接收来自网络分析仪6的初始电磁波，并将初始电磁波输送至谐振腔中，输出波导5用于接收谐振腔内回传的目标电磁波，并传输至网络分析仪6中，谐振腔通过输入波导4、输出波导5与矢量网络分析仪6连接，形成测试回路。

为了实现对薄膜样品的测试，在一个可选的实施例中，将薄膜样品放置在谐振腔的平面镜2中心，再将环体3压在薄膜样品上，以将其撑平。

在另一个可选的实施例中，将薄膜样品通过粘结层固定到环体3上，再将环体3以薄膜样品朝下的方向放置到平面镜2中心。

在将薄膜样品设置于环体3的平面与平面镜2的承载面之间后，输入波导4和输出波导5对应设置于薄膜样品的两侧。优选地，谐振腔具有贯穿至凹面中心的耦合孔，上述输入波导位于耦合孔中；上述输出波导5设置于平面镜2的中心位置。

在本实用新型的上述介电性能测试装置中，谐振腔为高q谐振腔，质量用品质因数q来描述的，q是衡量光学谐振腔的储能和选择频率的能力。q值的定义公式是：q＝2πf(e2/e1)。式中，f为腔的谐振频率，e2为腔内存储的能量，e1为每秒损耗的能量。腔内存储的能量越多，或者每秒损失的能量越少，谐振腔的质量越好，即品质因素q的值越高。

在本实用新型的上述介电性能测试装置中，环体3的材料可以为吸波材料，如聚氯乙烯，环体3可以根据薄膜样品的大小制作成直径大小不同的个体，其主要作用是将薄膜样品撑平，并且可以减少电磁波的干扰。

为了提高对薄膜样品的介电性能的检测效果，优选地，上述谐振腔的凹面为半球形凹面，穿过半球形凹面的中心点的切面与平面镜2的平面平行，此时将薄膜样品放置于环体3上后，能够使薄膜样品平行放置。

本实用新型的上述介电性能测试装置还可以包括第一同轴电缆和第二同轴电缆，矢量网络分析仪6通过第一同轴电缆与输入波导4连接，第一同轴电缆将来自网络分析仪6的初始电磁波通过输入波导4传输至谐振腔中；矢量网络分析仪6通过第二同轴电缆与输出波导5连接，第二同轴电缆将输出波导5接收的目标电磁波传输回矢量网络分析仪6中。

本实用新型的上述介电性能测试装置还可以包括加热组件，用于对谐振腔进行加热。本领域技术人员可以根据现有技术对上述加热组件进行合理选取，如上述加热组件可以为缠绕在谐振腔外的感应电加热圈，通过将介电性能测试装置放入加热炉中，以通过感应电加热圈实现对谐振腔的加热。

利用实用新型提供的上述介电性能测试装置对薄膜样品进行介电性能测试的具体步骤如下：

1、将谐振腔预热半小时后进行空腔测试并保存数据，记录空腔谐振频率f0和空腔品质因子q0；

2、将薄膜样品粘贴到环体3上，再将环体3以薄膜样品朝下的方向放置到谐振腔的中心；

3、利用网络分析仪6测试加载薄膜样品后的有载谐振频率及fs和有载品质因子qs；

4、利用加载薄膜样品前后谐振频率和品质因子的改变计算薄膜样品的介电常数和介质损耗角正切值。

需要说明的是，待测的薄膜样品的相对介电常数ε′的计算公式为：

ε′＝n²，

式中：

k＝2πfs/c；

d＝dq-t；

其中，r0为凹面镜1的曲面的曲率半径，单位mm；q为对应tem00q模式的轴向模式数；fq为加载薄膜样品后的腔谐振频率，单位hz；ω0为束腰半径，单位为mm；c为光速，c＝3×1011mm/s；dq为样品到凹面镜的距离，单位mm；f为谐振频率，单位hz；ω(z)为距离平面镜高度z时的束腰半径，单位为mm。

从以上的描述中，可以看出，本实用新型上述的实施例实现了如下技术效果：

1、利用开放式的具有凹面镜的电磁波谐振腔可以得到较高的品质因数，其测试精度较高，且可以在较宽的频带内进行多个频率点的测试，同时开放式双球面谐振腔测试样品厚度可达微米级，适用于薄膜样品的测试；

2、设置环体将薄膜样品完全撑平，不需要薄膜制成具有一定厚度及强度的样品，操作方法简单。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。