專利名稱：固體電介質(zhì)復(fù)介電常數(shù)測(cè)量方法
如圖4所示，而在成型出所需的定型雛件28后，是必須再對(duì)該定型雛件28施以沾覆耐火泥漿7的真空沾漿8制程，而對(duì)于選用金屬熔液6及選配耐火泥漿7過(guò)程中，又可分成使用高熔點(diǎn)合金61類型的金屬熔液6時(shí)必須選用的A種耐火泥漿71，或?yàn)槭褂玫腿埸c(diǎn)合金62類型的金屬熔液6時(shí)必須選用的B種耐火泥漿72(如表一所示)；無(wú)論是A種耐火泥漿71或B種耐火泥漿72，皆須具備以下條件1、耐金屬熔液的急熱沖刷。
2、較小的熱膨脹性，以確保耐火層的厚度尺寸的穩(wěn)定性。
3、良好的高溫強(qiáng)度。
4、在高溫狀態(tài)下不能產(chǎn)生分解作用或結(jié)晶變態(tài)。
5、要和金屬熔液間具有良好的接融性。
基于上述要件，可選用下列表一中的耐火泥料成份及耐溫特性表一是本發(fā)明揭示多種耐火泥漿成份的粉末配比及耐溫特性比較表。
構(gòu)，使得試樣在不影響諧振器耦合的情況下可以任意大。Liang，C.H.；Xie，Y.J.Theaccurate variational analysis for themeasurement of the complex dielectric constant ofasample rod inserted in a cavity.Microwave and Optical Technology Letters vol.5，no.5，May 1992，p.209-11.文獻(xiàn)提出了采用有耗變分方法來(lái)反演復(fù)介電常數(shù)。這兩種方法的共同缺點(diǎn)是計(jì)算復(fù)雜，不利于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。
本發(fā)明的目的在于克服上述已有測(cè)試技術(shù)的不足，提供一種計(jì)算簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的固體電介質(zhì)復(fù)介電常數(shù)測(cè)量方法。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是將硬件測(cè)試系統(tǒng)等效為多個(gè)網(wǎng)絡(luò)元件的級(jí)聯(lián)，用微波網(wǎng)絡(luò)反演出試樣的復(fù)介電常數(shù)。其方法是1.利用網(wǎng)絡(luò)級(jí)聯(lián)矩陣分析，將測(cè)量腔體等效為一段傳輸線，將腔體兩端的耦合孔等效為兩個(gè)二端口網(wǎng)絡(luò)，如圖2所示。設(shè)θ0是腔體電長(zhǎng)度，B0為兩側(cè)耦合孔膜片等效電納，E為激勵(lì)源電壓，θ0是腔體電長(zhǎng)度，B0為兩側(cè)耦合孔膜片等效電納，E為激勵(lì)源電壓，ZS和ZL分別為源阻抗和負(fù)載阻抗，采用歸一化參數(shù)，波導(dǎo)特性阻抗Z0＝1，腔體的諧振條件為θ0=tan-1(2B‾0)----(1)]]>對(duì)于一般園孔膜片，B0＜0，則進(jìn)一步寫為θ0=nπ-tan-1(2|B‾0|),(n=1,2……)----(2)]]>品質(zhì)因數(shù)Q0=πl/λg0(1+B‾02)/2+αl(λg0λ0)2----(3)]]>式中
和λ0分別是波導(dǎo)波長(zhǎng)和自由空間波長(zhǎng)，并滿足(1λg0)2=(1λ0)2+(12a)2----(4)]]>2.將試樣等效為一個(gè)二端口網(wǎng)絡(luò)，如圖3所示。B為放入試樣后兩側(cè)園孔膜片等效電納，設(shè)B等于B0，θ1和θ2是試樣放入點(diǎn)到腔體兩端面的等效電長(zhǎng)度，其和等于θ，記θ＝θ0+Δθ。當(dāng)θ1＝θ2時(shí)，可達(dá)到理想的諧振狀態(tài)。[α]為試樣的歸一化等效網(wǎng)絡(luò)。諧振條件為[2a‾11-B‾02(a‾12+a‾21)]cosθ-[B‾0a‾11+(a‾12+a‾21)]sinθ=(a12-a21)(1B‾c+12B‾0)----(5)]]>品質(zhì)因數(shù)的表達(dá)式為1Q=1Q0+Re(Z‾in)πlλg(λλg)2----(6)]]>上式中λg是加載試樣后的波導(dǎo)波長(zhǎng)，Re(Zin)表示把有耗樣品放入腔中的輸入阻抗實(shí)部。
3.由試樣放入前后諧振腔等效網(wǎng)絡(luò)的諧振頻率和品質(zhì)因數(shù)的變換得出復(fù)介電常數(shù)的測(cè)量值。圖4假定試樣為圓形，并認(rèn)為諧振腔體的自身?yè)p耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于介質(zhì)試樣引起的損耗。
經(jīng)過(guò)推導(dǎo)可得到相對(duì)介電常數(shù)實(shí)部為ϵ′=1+14(alπr2)4(|cosθ0|+1|cosθ0|)-2(1-cosΔθ)[(λλg)2(-2sinΔθθ0)]----(7)]]>損耗正切為tanδ=ξ4ϵ′(alπr2)(1Q-1Q0),ξ=sin2(θ0/2)cos2θ0·11+b|tanθ0|/2----(8)]]>當(dāng)θ0→(2k+1)π，Δθ→0時(shí)，由(7)式可得出相對(duì)介電常數(shù)實(shí)部為ϵ′=1+14(alπr2)(-2Δff0)----(9)]]>當(dāng)ξ→1時(shí)，由(8)式可得出損耗正切為tanδ=14ϵ′(alπr2)(1Q-1Q0)----(10)]]>(9)式和(10)式正是微擾法常用的公式。
本發(fā)明由于將復(fù)雜的電磁場(chǎng)問題轉(zhuǎn)換為簡(jiǎn)單的多個(gè)網(wǎng)絡(luò)元件的級(jí)聯(lián)，因而很容易擴(kuò)展到其它不同形式的硬件測(cè)試系統(tǒng)；同時(shí)由于利用諧振系統(tǒng)放入試樣前后不同的諧振頻率和品質(zhì)因數(shù)來(lái)反演電介質(zhì)的復(fù)介電常數(shù)，故可容許大體積的試樣，并使得可測(cè)介電常數(shù)的范圍擴(kuò)大；此外由于得到的復(fù)介電常數(shù)是一個(gè)簡(jiǎn)潔的閉式結(jié)果，所以，有利于實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。
以下給出本發(fā)明的諧振腔結(jié)構(gòu)與等效網(wǎng)絡(luò)1是測(cè)量電介質(zhì)復(fù)介電常數(shù)的諧振腔結(jié)構(gòu)圖。
圖2是無(wú)試樣腔體的等效網(wǎng)絡(luò)圖3是有試樣腔體的絡(luò)等效網(wǎng)。
圖4是有試樣腔體的輸入阻抗計(jì)算圖。


圖1所示的諧振腔測(cè)量系統(tǒng)主要由3個(gè)部分組成。1是諧振腔與外界的電磁能量耦合孔，在諧振腔的兩個(gè)端面上分別有兩個(gè)耦合孔，并處在端面的中央，耦合孔可取圓、橢圓等形狀。2是諧振腔，一般情況下為矩形諧振腔。3是試樣，試樣可為任意形狀，一般情況下為圓柱和矩形柱。試樣的不連續(xù)性只要不影響腔體耦合，體積可任意大。a，b，l，r分別是矩形諧振腔的長(zhǎng)、寬、高和圓柱形試樣的半徑。
圖2中，θ0是腔體電長(zhǎng)度，B0為兩側(cè)耦合孔膜片等效電納，E為激勵(lì)源電壓。采用歸一化參數(shù)，波導(dǎo)特性阻抗Z0＝1。ZS和ZL分別為源阻抗和負(fù)載阻抗。得出腔體的諧振條件為(1)式。對(duì)于一般園孔膜片，B0＜0，則得出腔體的諧振條件為(2)式。得出的品質(zhì)因數(shù)為(3)式。且滿足(4)式。
圖3是試樣放入諧振腔后除激勵(lì)源和負(fù)載的等效網(wǎng)絡(luò)。B為放入試樣后兩側(cè)園孔膜片等效電納，按照本發(fā)明的設(shè)定，它等于B0。θ1和θ2是試樣放入點(diǎn)到腔體兩端面的等效電長(zhǎng)度，其和等于θ，記θ＝θ0+Δθ。當(dāng)θ1＝θ2時(shí)，可達(dá)到理想的諧振狀態(tài)。[α]為試樣的歸一化等效網(wǎng)絡(luò)。得出諧振條件為(5)式。得出的品質(zhì)因數(shù)為(6)式。
圖4是有試樣腔體的輸入阻抗計(jì)算圖。這里假定試樣為圓形，并認(rèn)為諧振腔體的自身?yè)p耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于介質(zhì)試樣引起的損耗。得出復(fù)相對(duì)介電常數(shù)為(7)式，得出損耗正切為(8)式。當(dāng)θ0→(2k+1)π，Δθ→0時(shí)，(7)式變?yōu)?9)式，當(dāng)ξ→1時(shí)，(8)式變?yōu)?10)式。
權(quán)利要求
1.一種測(cè)量固體電介質(zhì)復(fù)介電常數(shù)的方法，其特征在于將硬件測(cè)試系統(tǒng)等效為多個(gè)網(wǎng)絡(luò)元件的級(jí)聯(lián)，利用微波網(wǎng)絡(luò)反演出試樣的復(fù)介電常數(shù)，步驟如下[1]利用網(wǎng)絡(luò)級(jí)聯(lián)矩陣分析，將測(cè)量腔體等效為一段傳輸線，將腔體兩端的耦合孔等效為兩個(gè)二端口網(wǎng)絡(luò)，設(shè)θ0是腔體電長(zhǎng)度，B0為兩側(cè)耦合孔膜片等效電納，五為激勵(lì)源電壓，θ0是腔體電長(zhǎng)度，B0為兩側(cè)耦合孔膜片等效電納，召為激勵(lì)源電壓，ZS和ZL分別為源阻抗和負(fù)載阻抗，采用歸一化參數(shù)，波導(dǎo)特性阻抗Z0=1，腔體的諧據(jù)條件為θ0=tan-1(2B‾0)----(1)]]>對(duì)于一般園孔膜片，B0＜0，則諧振條件為θ0=nπ-tan-1(2|B‾0|),(n=1,2……)----(2)]]>品質(zhì)因數(shù)為Q0=πl/λg0(1+B‾02)/2+αl(λg0λ0)2----(3)]]>式中
和λ0分別是波導(dǎo)波長(zhǎng)和自由空間波長(zhǎng)，并滿足(1λg0)2=(1λ0)2+(12a)2----(4)]]>[2]將試樣等效為一個(gè)二端口網(wǎng)絡(luò)，B為放入試樣后兩側(cè)園孔膜片等效電納，設(shè)B等于B0。θ1和θ2是試樣放入點(diǎn)到腔體兩端面的等效電長(zhǎng)度，其和等于θ，記θ=θ0+△θ，當(dāng)θ1=θ2時(shí)，可達(dá)到理想的諧振狀態(tài)，[α]為試樣的歸一化等效網(wǎng)絡(luò)，諧振條件為[2a‾11-B‾02(a‾12+a‾21)]cosθ-[B‾0a‾11+(a‾12+a‾21)]sinθ=(a12-a21)(1B‾c+12B‾0)----(5)]]>品質(zhì)因數(shù)為1Q=1Q0+Re(Z‾in)πlλg(λλg)2----(6)]]>上式中λg是加載試樣后的波導(dǎo)波長(zhǎng)，Re(Zin)表示把有耗樣品放入腔中的輸入阻抗實(shí)部，[3]由試樣放入前后諧振腔等效網(wǎng)絡(luò)的諧振頻率和品質(zhì)因數(shù)的變換得出復(fù)介電常數(shù)的測(cè)量值，設(shè)試樣為圓形，并認(rèn)為諧振腔體的自身?yè)p耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于介質(zhì)試樣引起的損耗，可得到相對(duì)介電常數(shù)實(shí)部為ϵ′=1+14(alπr2)4(|cosθ0|+1|cosθ0|)-2(1-cosΔθ)[(λλg)2(-2sinΔθθ0)]----(7)]]>損耗正切為tanδ=ξ4ϵ′(alπr2)(1Q-1Q0),ξ=sin2(θ0/2)cos2θ0·11+b|tanθ0|/2----(8)]]>
全文摘要
本發(fā)明涉及一種固體電介質(zhì)復(fù)介電常數(shù)的測(cè)量方法。該方法主要解決現(xiàn)有諧振腔法和開腔法要求試樣的體積較大,而微擾法又要求試樣的體積遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于諧振腔體積的缺陷。將硬件測(cè)試系統(tǒng)等效為多個(gè)網(wǎng)絡(luò)元件的級(jí)聯(lián),用微波網(wǎng)絡(luò)反演出試樣的復(fù)介電常數(shù)。其方法是利用網(wǎng)絡(luò)級(jí)聯(lián)矩陣分析,將測(cè)量腔體等效為一段傳輸線,將腔體兩端的耦合孔等效為兩個(gè)二端口網(wǎng)絡(luò),將試樣等效為一個(gè)二端口網(wǎng)絡(luò),由試樣放入前后諧振腔等效網(wǎng)絡(luò)的諧振頻率和品質(zhì)因數(shù)的變換得出復(fù)介電常數(shù)的測(cè)量值。本發(fā)明由于將復(fù)雜的電磁場(chǎng)問題轉(zhuǎn)換為簡(jiǎn)單的多個(gè)網(wǎng)絡(luò)元件的級(jí)聯(lián),不但形式簡(jiǎn)單,而且很容易擴(kuò)展到其它不同形式的硬件測(cè)試系統(tǒng);同時(shí),試樣的體積可小可大,并使得可測(cè)介電常數(shù)的的范圍擴(kuò)大,得到的復(fù)介電常數(shù)是閉式結(jié)果,有利于實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。
文檔編號(hào)G01N22/00GK1274083SQ0011380
公開日2000年11月22日 申請(qǐng)日期2000年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2000年5月9日
發(fā)明者梁昌洪, 鄭家駿 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)