技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本
發(fā)明涉及一種介電常數(shù)測(cè)量儀器，尤其涉及一種鐵氧體介電常數(shù)測(cè)量系統(tǒng)。
背景技術(shù)
[0002] 基于
微波鐵氧體材料研究、應(yīng)用及器件設(shè)計(jì)的需要，鐵氧體材料復(fù)介電常數(shù)的相關(guān)知識(shí)越來越多受到人們的重視。
現(xiàn)有技術(shù)中還沒有一種
精度高、性能穩(wěn)定、使用和操作簡便的鐵氧體介電常數(shù)測(cè)量儀器。
發(fā)明內(nèi)容
[0003] 本發(fā)明的目的是提供一種精度高、性能穩(wěn)定、使用和操作簡便的鐵氧體介電常數(shù)測(cè)量系統(tǒng)。
[0004] 本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0005] 本發(fā)明的鐵氧體介電常數(shù)測(cè)量系統(tǒng)，包括微波
信號(hào)源，所述微波信號(hào)源的一路
輸出信號(hào)與第一
波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器的同軸口連接，所述第一波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器的波導(dǎo)口通過波導(dǎo)依次連接有精密
衰減器、圓柱
諧振腔、隔離器、同軸
檢波器，所述同軸檢波器的同軸輸出端與所述微波信號(hào)源連接；
[0006] 所述波導(dǎo)通過定向
耦合器耦合有第二波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器，所述微波信號(hào)源的另一路輸出信號(hào)與所述第二波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器的同軸口連接；
[0007] 所述圓柱諧振腔的上方設(shè)有恒
磁鐵。
[0008] 由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明
實(shí)施例提供的鐵氧體介電常數(shù)測(cè)量系統(tǒng)，采用精密的測(cè)試技術(shù)和高性能微波器件，儀器的測(cè)量精度高、性能穩(wěn)定、使用和操作簡便，適合實(shí)驗(yàn)室、工廠等場(chǎng)合使用，是測(cè)定鐵氧體微波介電常數(shù)的理想的儀器。
附圖說明
[0009] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的鐵氧體介電常數(shù)測(cè)量系統(tǒng)的原理
框圖；
[0010] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的鐵氧體介電常數(shù)測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011] 圖中：1、微波信號(hào)源，2、恒磁鐵，3、同軸檢波器，4、第一波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器，5、定向耦合器，6、第二波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器，7、精密衰減器，8、圓柱諧振腔，9、隔離器。
具體實(shí)施方式
[0012] 下面將對(duì)本發(fā)明實(shí)施例作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
[0013] 本發(fā)明的鐵氧體介電常數(shù)測(cè)量系統(tǒng)，其較佳的具體實(shí)施方式是：
[0014] 包括微波信號(hào)源，所述微波信號(hào)源的一路輸出信號(hào)與第一波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器的同軸口連接，所述第一波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器的波導(dǎo)口通過波導(dǎo)依次連接有精密衰減器、圓柱諧振腔、隔離器、同軸檢波器，所述同軸檢波器的同軸輸出端與所述微波信號(hào)源連接；
[0015] 所述波導(dǎo)通過定向耦合器耦合有第二波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器，所述微波信號(hào)源的另一路輸出信號(hào)與所述第二波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器的同軸口連接；
[0016] 所述圓柱諧振腔的上方設(shè)有恒磁鐵。
[0017] 所述微波信號(hào)源設(shè)有第一數(shù)字表和第二數(shù)字表，所述微波信號(hào)源的輸出信號(hào)與所述第一數(shù)字表連接，所述同軸檢波器的輸出信號(hào)與所述第二數(shù)字表連接。
[0018] 所述恒磁鐵設(shè)于滑架上。
[0019] 所述第二波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器耦合于所述第一波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器與精密衰減器之間的波導(dǎo)上。
[0020] 本發(fā)明的鐵氧體介電常數(shù)測(cè)量系統(tǒng)，采用精密的測(cè)試技術(shù)和高性能微波器件，儀器的測(cè)量精度高、性能穩(wěn)定、使用和操作簡便，適合實(shí)驗(yàn)室、工廠等場(chǎng)合使用，是測(cè)定鐵氧體微波介電常數(shù)的理想的儀器。
[0021] 具體實(shí)施例：
[0022] 結(jié)構(gòu)特性：
[0023] 如圖1、圖2所示，包括波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器、隔離器、耦合器、檢波器、圓柱諧振腔、精-6密衰減器等微波器件，微波信號(hào)源的
頻率穩(wěn)定度為5×10 ，調(diào)節(jié)頻率時(shí)，根據(jù)實(shí)際情況選用不同的頻率步進(jìn)，分別為1MHz,100KHz,10KHz。通過兩個(gè)數(shù)字顯示表讀數(shù)可以分別實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信號(hào)電平和諧振頻率點(diǎn)的檢波輸出。工作時(shí)，將樣品插入圓柱諧振腔內(nèi)，移動(dòng)滑架，將恒磁鐵置于諧振腔上方。操作簡單方便。
[0024] 工作原理：
[0025] 利用諧振腔來測(cè)量鐵氧體的復(fù)介電常數(shù)，選用TM010模通過式圓柱諧振腔和桿狀鐵氧體樣品。由于諧振腔在特定微波頻率會(huì)產(chǎn)生諧振,通過測(cè)量空腔和裝入樣品時(shí)諧振腔的諧振頻率變化及3dB衰減頻率點(diǎn),利用IEC60556標(biāo)準(zhǔn)中給出的公式即可確定介電常數(shù)ε′及損耗
角正切tanδ。測(cè)量中，沿樣品軸向加上大于5000Oe的強(qiáng)
磁場(chǎng)，使之磁化飽和，以消除磁損（μ′′）引入的ε′′測(cè)量誤差。
[0026] 具體實(shí)施例的工作特性是：
[0027] 樣品腔：
[0028] 工作模式：TM010模圓柱形諧振腔；諧振頻率f0：10.7GHz(標(biāo)稱值)；樣品預(yù)留孔尺寸：Φ(1.64±0.01)mm；有載品質(zhì)因數(shù)：≥2000；被測(cè)樣品尺寸：
[0029] Φ(1.6±0.01)mm×22mm。
[0030] 微波信號(hào)源：
[0031] 工作頻率：8.2GHz－11GHz；頻率穩(wěn)定度：5×10-6；頻率分辨
力：10kHz；頻率調(diào)節(jié)：步進(jìn)1MHz／100KHz／10KHz，連續(xù)步進(jìn)5MHz；輸出功率：10mW（可調(diào)）；工作方式：等幅波。
[0032] 恒磁鐵：
[0033] 磁場(chǎng)強(qiáng)度：H≥5700Oe；極間距：>36mm；磁場(chǎng)均勻度：極中
心軸Φ20×36mm區(qū)域內(nèi)H±100Oe；外形：立式（極軸垂直放置）。
[0034] 測(cè)量范圍：
[0035] 介電常數(shù)：ε′<16；損耗角正切:tanδ＝ε′′/ε′≤0.1。
[0036] 誤差：
[0037] 根據(jù)IEC60556標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于精度的分析：
[0038] 當(dāng)ε′<16時(shí)，由公式計(jì)算所產(chǎn)生的ε′′誤差小于3%；
[0039] 當(dāng)ε′<16時(shí)，由耦合孔的影響所產(chǎn)生的ε′′誤差小于1.5*10-4；
[0040] 當(dāng)b=(1.60±0.01)mm時(shí)，直徑產(chǎn)生的誤差為
[0041] 具體實(shí)施例的測(cè)量方法，包括步驟：
[0042] 1、將微波信號(hào)源和波導(dǎo)測(cè)量系統(tǒng)分別平穩(wěn)地置于
工作臺(tái)上，按照要求將其與信號(hào)源進(jìn)行連接。
[0043] 2、連接電源線，打開微波信號(hào)源
開關(guān)。開機(jī)上電或按復(fù)位鍵后,頻率自動(dòng)設(shè)置為9500MHz。此時(shí)，數(shù)字表亮，當(dāng)未加微波信號(hào)時(shí)，數(shù)字顯示為零。測(cè)量前，儀器應(yīng)預(yù)熱30～40分鐘。第一數(shù)字表用來監(jiān)測(cè)
輸入信號(hào)電平的變化，第二數(shù)字表用來觀察諧振頻率時(shí)的檢波輸出。
[0044] 3、調(diào)節(jié)微波信號(hào)源的頻率,使諧振腔發(fā)生諧振，具體操作如下：
[0045] (1)"掃頻"鍵用于頻率設(shè)置的較大范圍變化:(步進(jìn)間隔為20MHz)，"掃頻"鍵按下時(shí),頻率將在8200MHz～11000MHz之間變化；鍵抬時(shí)可停在中間任一頻率上。顯示超出時(shí)將自動(dòng)跳至8200MHz或11000MHz；
[0046] (2)頻率變化的方向依以下規(guī)則:(按掃頻鍵之前的狀態(tài))。每按一次"復(fù)位"鍵,頻率變化方向改變一次；剛按過頻率調(diào)節(jié)增加鍵,頻率變化方向?yàn)樵黾?；剛按過頻率調(diào)節(jié)減小鍵,頻率變化方向?yàn)闇p小；
[0047] (3)通過頻率調(diào)節(jié)(↑↓1MHz,↑↓100KHz,↑↓10KHz)可精調(diào)微波頻率。按此六鍵過程中,當(dāng)設(shè)置值超出范圍時(shí),顯示將自動(dòng)跳至9500MHz。
[0048] 4、將精密可變衰減器置于諧振頻率附近衰減3dB所對(duì)應(yīng)的刻度值上。諧振腔預(yù)留孔中，不插入被測(cè)樣品，選擇合適的步進(jìn)提高或降低微波信號(hào)源的頻率，同時(shí)注意觀察第二數(shù)字表，當(dāng)其讀數(shù)達(dá)到最大值時(shí)，記下此時(shí)微波信號(hào)源的頻率，即為空腔時(shí)的諧振頻率f0。隨著頻率的改變，第二數(shù)字表的讀數(shù)應(yīng)是從小到大再變小的過程，因此可得到峰值所對(duì)應(yīng)的頻率。
[0049] 5、除去精密可變衰減器的衰減量，將刻度置為0。從諧振頻率f0開始，以適當(dāng)?shù)牟竭M(jìn)分別向兩側(cè)降低或提高頻率，找到與步驟4中第二數(shù)字表最大讀數(shù)相同時(shí)所對(duì)應(yīng)的兩個(gè)頻率值，即為3dB衰減所對(duì)應(yīng)的頻率f1和f2，(計(jì)算
軟件中已將f0、f1和f2設(shè)為默認(rèn)值，如有需要，可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行變更）。
[0050] 6、將鐵氧體樣品小心地插入圓柱諧振腔預(yù)留孔中,并擰緊上下螺帽。移動(dòng)滑架，使恒磁鐵磁極與樣品的軸向同軸。
[0051] 7、重復(fù)以上步驟4至步驟5，加入樣品后，諧振頻率及3dB衰減所應(yīng)的頻率分別為fs、fs1和fs2。
[0052] 8、將fs、fs1和fs2帶入由乙方提供的計(jì)算軟件中，即可得到該鐵氧體樣品的介電常數(shù)ε′、ε′′及損耗角正切tanδ(tanδ＝ε′′/ε′)。
[0053] 9、若需連續(xù)操作，則更換樣品，從步驟6開始重復(fù)操作。
[0054] 具體應(yīng)用過程中的注意事項(xiàng)：
[0055] 1、微波信號(hào)源沒有信號(hào)輸出時(shí)，數(shù)字表的顯示應(yīng)為零。在測(cè)量諧振頻率和3dB衰減頻率點(diǎn)的過程中，如果頻率變化引起第一數(shù)字表讀數(shù)的改變較大，可微調(diào)功率，使其保持不變。
[0056] 2、由于微波信號(hào)源的頻率和功率有一穩(wěn)定的過程，數(shù)字表
采樣速率有限（約200ms）。因此，在搜索諧振頻率時(shí)，不宜過快、過頻繁，否則因檢波指示尚未穩(wěn)定，不易讀準(zhǔn)。
[0057] 3、在調(diào)節(jié)微波信號(hào)源的輸出功率時(shí)，應(yīng)使數(shù)字1表顯示的讀數(shù)值足夠大（盡量達(dá)到三位有效數(shù)字），以免因讀數(shù)精度造成誤差。
[0058] 4、因樣品的尺寸對(duì)測(cè)量結(jié)果影響較大，應(yīng)嚴(yán)格按(Φ1.6±0.01)×(22±0.2)mm置備，兩端
倒角以方便將其插入諧振腔預(yù)留孔中。
[0059] 5、盡量保持諧振腔和鐵氧體樣品的潔凈、干燥，以免影響測(cè)量的準(zhǔn)確性。
[0060] 6、警告：謹(jǐn)防
手表、手機(jī)等物品靠近恒磁鐵，以免強(qiáng)磁場(chǎng)對(duì)其造成傷害。
[0061] 7、產(chǎn)品可貯存在
溫度5—45°C,
相對(duì)濕度為20—90%的通
風(fēng)室內(nèi)。室內(nèi)應(yīng)無塵，無鼠害，無
腐蝕性氣體。
[0062] 以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉
本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以
權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
