采用帶法蘭結(jié)構(gòu)的TE01n圓柱諧振腔，用無損檢測的方法測量薄板型微波介質(zhì)材料的復(fù)介電常數(shù)。利用軸向模式匹配法對諧振腔內(nèi)的電磁場進(jìn)行了求解，給出了相對介電常數(shù)和損耗角正切的計算公式，并利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀對幾種常用微波介質(zhì)材料進(jìn)行了測量，其結(jié)果表明: 該測量方法對相對介電常數(shù)的測量誤差不超過1%，而對損耗角正切的測量誤差不超過10%。該方法還具備一腔多模的測試能力，測量頻率可調(diào)，可用于介質(zhì)材料頻率特性的測量。

　　在微波波段測量介質(zhì)材料復(fù)介電常數(shù)的方法主要有兩大類，即: 傳輸/反射法和諧振法。其中大部分的諧振法和傳輸/反射法均需備特定形狀的樣品，屬于有損測量。自由空間法是傳輸/反射法中的一種，它是一種無損測量方法，但其需要代價高昂的能實現(xiàn)高斯微波束聚焦的天線測量系統(tǒng)，另外，其測量精度低，一般只適用于具有中高損耗介質(zhì)材料的測量。對于低損耗介質(zhì)材料的無損測量，通常采用的測試結(jié)構(gòu)為分立式諧振腔和分立式介質(zhì)柱諧振器。在這兩種方法中，待測樣品均被夾持于上下對稱的兩諧振腔之間，諧振腔的對準(zhǔn)是影響系統(tǒng)測量精度的一個重要因素。為保證測量的精度，一般須增加額外的定位裝置以調(diào)整上下腔體的同軸關(guān)系，這增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性和測試的難度。為避免該問題，同時為實現(xiàn)對低損耗不可加工介質(zhì)材料的無損測量，本文在分立式諧振腔的基礎(chǔ)上，提出并設(shè)計了一種可用于測量具有一定厚度平板類介質(zhì)樣品的改進(jìn)型TE01n諧振腔。

1、模型與理論分析

　　圖1 為用于介質(zhì)材料無損測量圓柱諧振腔的結(jié)構(gòu)示意圖。相對介電常數(shù)為εd、損耗角正切為tanδ 的介質(zhì)樣品夾持于金屬短路板和帶法蘭結(jié)構(gòu)金屬圓波導(dǎo)之間。諧振腔的半徑為R，長度為L。當(dāng)介質(zhì)樣品的厚度h 小于樣品內(nèi)傳播波長λd的一半時，金屬短路板和圓波導(dǎo)法蘭之間的電磁場將處于截止?fàn)顟B(tài)。此時，只要金屬法蘭外半徑R1足夠大，電磁場將難以泄露，諧振腔內(nèi)將建立起微波諧振模式，邊界r = R1也可假設(shè)為理想電壁面。由此，可采用軸向模式匹配法對諧振腔內(nèi)的電磁場進(jìn)行嚴(yán)格求解。根據(jù)系統(tǒng)軸向不連續(xù)性，諧振腔可劃分為如圖1所示的區(qū)域Ⅰ和區(qū)域Ⅱ，區(qū)域Ⅰ為空氣區(qū)( | r |≤R，0≤z≤L) ，而區(qū)域Ⅱ為介質(zhì)區(qū)( | r |≤R1，-h≤z≤0) 。

圖1 介質(zhì)材料介電常數(shù)無損測量原理圖

結(jié)論

　　為實現(xiàn)對薄板型固體電介質(zhì)材料復(fù)介電常數(shù)的無損測量，本文在傳統(tǒng)TE01n圓柱諧振腔的基礎(chǔ)上，提出了一種帶法蘭結(jié)構(gòu)的改進(jìn)型TE01n圓柱諧振腔。利用軸向模式匹配法對諧振腔內(nèi)的電磁場進(jìn)行了求解，給出了相對介電常數(shù)和損耗角正切的計算公式，最后，針對PTFE，HDPE 和陶瓷材料的復(fù)介電常數(shù)進(jìn)行了測量，并用介質(zhì)柱諧振器進(jìn)行了驗證，結(jié)果表明: 該方法對相對介電常數(shù)的測量具有很高精度，其相對誤差不超過1%;而對于損耗角正切，其測量誤差可控制在10%以內(nèi)。該方法有效地避免了分立式諧振器或諧振腔結(jié)構(gòu)上的對準(zhǔn)問題，其測量簡便行。同時，它具備一腔多模的測試能力，諧振頻率可調(diào)。它的應(yīng)用對于高功率微波領(lǐng)域介質(zhì)材料的測試具有實際意義。