微波介质特性的测量

微波介质特性的测量引言微波技术中广泛使用各种介质材料，其中包括电介质和铁氧体材料。对微波材料的介质特性的测量，有助于获得材料的结构信息，研究材料的微波特性和设计微波器件，。本实验采用谐振控微扰法测量介质材料的特性参量，首先使用示波器观测速调管的振荡模和反射式腔的谐振曲线，了解谐振腔的工作特性；进而学习用反射式腔测量微波材料的介电常数’和介电损耗角正切tg的原理方法。实验原理谐振腔是两端封闭的金属导体空腔，具有储能、选频等特征，常见的谐振腔有矩形和圆柱形两种，本实验采用反射式矩形谐振腔。谐振腔有载品质因数可由012||fQff（16-1）测定，其中0f为谐振腔谐振频率，1f、2f分别为半工功率点频率。。根据电磁场理论，电介质在交变电场的作用下，存在转向极化，且在极化时存在驰豫，因此它的介电量为复数：00(''')j（16-2）式中为复介电常量，0为真空，为介质材料的复相对介电常量，'、分别为复介电常量的实部和虚部。由于存在着驰豫，电介质在交变电场的作用下产生的电位移滞后电场一个相位角，且有'''tg（16-3）因为电介质的能量损耗与tg成正比，因此tg也称为损耗因子或损耗角正切。如果所用样品体积远小于谐振腔体积，，即2x，12z处，且样品棒的轴向与y轴平行。如图16-2所示。假如介质棒是均匀的，而谐振腔的品质因数又较高，根据谐振腔的微扰理论可得下列关系式'000''02(1),14.xssLffVfVVQV（16-4）由此可求得：0000'1,2/(1/)''.4/ssLSfffVVQVV(16-5)其中0f、sf分别为谐振腔放入样品的前后谐振频率，0V、SV分别为体积和样品体积，(1/)LQ为样品放入前后谐振腔有载品质因数的倒数的变化，即111LLSLOQQQ(16-6)一、实验装置二、实验内容1．介电常数'和介电量损耗角正切'tg的测量测量装置如图16-4所示，请按下列步骤操作。（1）将发射式谐振腔失谐（或不接发射腔，改变短路片）使速调管置于锯齿波工作状态，改变发生极电压，在示波器上观察速调管的各个振荡模。（2）在样品未插入腔内时，是谐振腔处于谐振状态，（即速管中心工作频率谐振腔的谐振频率），通过示波器观察器谐振腔的谐振曲线，用波长表测表量腔的谐振频率0f和半功率频宽12||ff，见图16-5。谐振曲线的半功率频宽12||ff可以由K和半功率点的距离12||LL决定。（3）在样品插入后，改变速调管的中心工作频率，（机械调谐）是谐振腔处于谐振状态，在用上述方法测量的谐振频率gf和半功率频宽12|''|ff。（4）利用公式012||LfQff12'|''|sLfQff算出LQ、'LQ，其中LQ为样品放入前的品质因数，'LQ为样品放入后的品质因数，利用（16-5）可以算出'，''和'''tg，'''j。