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申请/专利权人：电子科技大学

摘要：本发明的目的在于提供一种基于非辐射TM模分离式圆柱腔的复介电常数测量装置、方法，属于微波、毫米波材料电磁参数测试技术领域。该测量装置中的圆柱腔由两个可分离的圆柱半腔形成，且将两个耦合孔分别对称设置于圆柱半腔的短路面，同时创新性地选择使用p为奇数的TM0np谐振模式，从而实现在宽频内无损测量片状待测材料的介电常数。

主权项：1.一种基于非辐射TM模分离式圆柱腔的复介电常数测量装置，其特征在于，包括同轴馈电单元、两个圆柱半腔、微波电缆和矢量网络分析仪；两个圆柱半腔上下同轴放置，形成完整圆柱腔；同轴馈电单元包括耦合探针和与耦合探针电连接的连接器；每个圆柱半腔短路面中心开设一个耦合通孔，耦合探针设置于耦合通孔内，连接器通过微波电缆与矢量网络分析仪连接；测试时，待测材料放置于两个圆柱半腔分离端面之间，圆柱腔内的谐振模式为TM0np，n为圆柱腔电磁场沿半径方向分布的半驻波数，p为圆柱腔电磁场沿高度方向分布的半驻波数，且p为奇数；所述复介电常数测量装置按照以下步骤反演得到待测材料的复介电常数：步骤1.构建待测材料区域内TM模式电场表达公式和磁场表达公式，具体为： ；其中，是待测材料区域的赫兹电矢位，An是待求系数，J0x是零阶第一类贝塞尔函数，krn是截止波数，以r,ϕ,z构建柱坐标系，r为径向距离、ϕ为方位角、z为高度，是待测材料区域的轴向波数，是待测材料区域r方向电场，J1x是一阶第一类贝塞尔函数，是待测材料区域ϕ方向磁场，j是虚部，是角频率，ε0是真空介电系数，εrs是待测材料的相对介电常数，是零阶第一类贝塞尔函数为零的第n个根，R0是圆柱腔的半径，k0是自由空间波数，是真空磁导率；步骤2.构建圆柱半腔区域内TM模式电场表达公式和磁场表达公式，具体为： 其中，是圆柱半腔区域的赫兹电矢位，是圆柱半腔区域r方向电场，是圆柱半腔区域ϕ方向磁场，是圆柱半腔区域的轴向波数，Bn是待求系数，是待测材料的厚度，是圆柱半腔的高度，εra是圆柱半腔的相对介电常数；步骤3.计算介电常数，具体过程为：步骤3.1.待测材料区域和圆柱半腔区域相接处横向磁场和电场相等，得到矩阵： ；步骤3.2.基于测量得到的谐振频率f，计算得到和，然后基于公式： 求解得到待测材料的介电常数εrs；步骤4.计算损耗正切，具体过程为：待测材料区域内储能和损耗功率的计算公式为： 是表面电阻；圆柱腔区域内储能、圆柱腔侧面损耗功率和圆柱腔上表面损耗功率的计算公式为： ；待测材料的损耗的计算公式为： ；将测量得到的品质因子Q值代入以下等式，即可得到待测材料的损耗正切； 。

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