一種用于材料介電常數測試的諧振腔測試裝置制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種用于材料介電常數測試的諧振腔測試裝置，包括：氧化物陶瓷或氮化物陶瓷材料的諧振腔，諧振腔的腔筒開口處設置有氧化物陶瓷或氮化物陶瓷材料的活塞，在諧振腔的側壁開設有耦合孔，氧化物陶瓷或氮化物陶瓷材料的波導管對應耦合孔與諧振腔連接；在諧振腔的腔筒內壁、波導管的內壁及活塞的表面均覆蓋有導電金屬層。本發明結構簡單，可以在空氣氣氛中進行高溫介電常數測試，能反應材料真實的使用情況，避免測試結果出現誤差，并大大簡化測試裝置；同時，貴金屬的用量十分少，大大降低了設備成本。
【專利說明】一種用于材料介電常數測試的諧振腔測試裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及材料介電常數測試【技術領域】，特別地，涉及一種用于材料介電常數測試的諧振腔測試裝置。
【背景技術】
[0002]介質材料在高溫下的微波電磁參數測量在某些情況下顯得非常重要，比如選擇高速飛行器的頭部雷達天線罩材料時。高速飛行器由于氣動加熱，頭部天線罩可以達到很高的溫度(往往超過1000°c )，要確保天線罩具有足夠的微波透射率，必須提前獲得各種材料在高溫下的電磁參數，從而選擇正確的材料建造天線罩。
[0003]測試材料復介電常數的方法主要有傳輸反射法和諧振腔法。傳輸反射法通過測試微波入射到材料表面后的反射、傳輸系數，再解出復介電常數和磁導率。諧振腔法是將樣品放入諧振腔中，根據放入樣品前后諧振頻率和品質因子的變化來解出材料的復介電常數和磁導率。諧振腔法特別適合低損耗材料的電磁參數測試，具有很高的測試精度，低損耗材料廣泛用于雷達天線罩。
[0004]文獻“《宇航材料工藝》航天材料及工藝研究所主辦，2011年第2期，由陳聰慧、何鳳梅、李恩與李琦發表的透波材料高溫介電性能評價表征”。文獻中詳細介紹了透波材料高溫介電常數測試的研究現狀:20世紀70-80年代，美國的NASA LRC(蘭利研究中心)測試了透波窗口候選材料1200°C下的介電常數，采用了終端短路法，矩形波導作為微波傳輸線，文獻報道了選用鉬銠合金(最高使用溫度1800°C)制作微波器件，但未進行測試誤差分析。英國采用石墨(升華溫度3650°C )制作矩形波導測試了 7.5GHz-40GHz頻段材料從室溫至2000°C的復介電常數。加拿大R.M.Hutcheon采用圓柱諧振腔對材料室溫至1500°C介電常數進行測試研究。俄羅斯在20世紀80年代采用高Q諧振腔建立了 X波段材料介電常數測試系統，測試溫度可達1200°C。“九五”期間，國內航天材料及工藝研究所與電子科技大學聯合開展了 2GHz-18GHz、室溫至1200°C低損耗材料諧振腔測試技術及系統的研究。
[0005]高溫微波測試裝置中的主要部件是耐高溫微波器件，這些器件包括波導管、諧振腔等，從現有技術看，制備耐聞溫微波器件的材料主要有石墨、鉬錯合金等。但米用石墨、鉬銠合金制造的耐高溫微波器件具有以下不足:
[0006]1、石墨制造的耐高溫微波器件不能在氧化氣氛下進行高溫介電常數測試，需要在真空狀態或惰性氣體保護的環境下進行高溫介電常數測試，導致測試裝置復雜、成本高。
[0007]2、石墨制造的耐高溫微波器件不能在空氣中進行高溫介電常數測試，不能反應材料真實的使用情況。
[0008]3、石墨制造的耐高溫微波器件在高溫氣氛中會產生升華，污染測試樣品，導致測試結果出現誤差。
[0009]4、使用鉬銠合金制造耐高溫微波器件，鉬銠合金的使用量比較多，導致設備成本
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[0010]針對這一現象，專利號為200710050347.7的中國專利公開了 “一種用于高溫下微波測試的圓柱形高Q諧振腔”，對現有技術做出了改進，專利中公開了采用薄層耐高溫的貴金屬材料制作圓柱形高Q諧振腔的腔體，并采用耐高溫材料支撐貴金屬腔體，支撐材料采用石墨，貴金屬采用鉬銠合金。此種結構，使用石墨作為支撐材料，諧振腔采用鉬銠合金，對于成本有一定的降低，但諧振腔的鉬銠合金用量仍舊比較大；同時，石墨材料不能在氧化氣氛中使用的問題也沒有得到解決。
【發明內容】
[0011]本發明目的在于提供一種用于材料介電常數測試的諧振腔測試裝置，以解決現有技術中石墨制造的耐高溫微波器件不能在氧化氣氛下進行高溫介電常數測試，導致測試結果出現誤差；鉬銠合金制造耐高溫微波器件成本昂貴的技術問題。
[0012]為實現上述目的，根據本發明的一個方面，提供了一種用于材料介電常數測試的諧振腔測試裝置，包括:氧化物陶瓷或氮化物陶瓷材料制成的諧振腔，諧振腔的腔筒開口處設置有氧化物陶瓷或氮化物陶瓷材料制成的活塞，在諧振腔的側壁開設有耦合孔，氧化物陶瓷或氮化物陶瓷材料制成的波導管對應耦合孔與諧振腔連接；在諧振腔的腔筒內壁、波導管的內壁及活塞的表面均覆蓋有導電金屬層。
[0013]進一步地，諧振腔為氧化鋁、氧化鋯、二氧化硅、莫來石或氮化硅陶瓷材料制成。
[0014]進一步地，活塞為氧化鋁、氧化鋯、二氧化硅、莫來石或氮化硅陶瓷材料制成。
[0015]進一步地，波導管為氧化鋁、氧化鋯、二氧化硅、莫來石或氮化硅陶瓷材料制成。
[0016]進一步地，諧振腔的腔筒內壁、波導管的內壁及活塞表面的導電金屬層為鉬、銥或鉬錯合金的導電金屬層。
[0017]進一步地,導電金屬層的厚度大于I ii m,表面電阻小于0.1歐姆。
[0018]進一步地，諧振腔上設置有螺紋孔，波導管采用氧化物陶瓷或氮化物陶瓷材料制成的螺釘與諧振腔連接。
[0019]進一步地，螺釘為氧化鋁、氧化鋯、二氧化硅、莫來石或氮化硅陶瓷材料制成。
[0020]進一步地，諧振腔、活塞及陶瓷材料的波導管均采用壓制成型。
[0021]本發明具有以下有益效果:
[0022]諧振腔、活塞與波導管采用氧化物陶瓷或氮化物陶瓷材料，可以在空氣氣氛中進行高溫介電常數測試，不需要真空或惰性氣體保護，測試條件與使用狀況接近，能反應材料真實的使用情況，并大大簡化測試裝置；同時，也不會在高溫氣氛中會產生升華，從而避免測試結果出現誤差；諧振腔測試裝置僅在諧振腔的腔筒內壁、波導管的內壁及活塞的表面均覆蓋導電金屬層，貴金屬的用量十分少，大大降低了設備成本。
[0023]除了上面所描述的目的、特征和優點之外，本發明還有其它的目的、特征和優點。下面將參照圖，對本發明作進一步詳細的說明。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024]構成本申請的一部分的附圖用來提供對本發明的進一步理解，本發明的示意性實施例及其說明用于解釋本發明，并不構成對本發明的不當限定。在附圖中:
[0025]圖1是本發明一種用于材料介電常數測試的諧振腔測試裝置優選實施例的結構示意圖；[0026]圖2是本發明一種用于材料介電常數測試的諧振腔測試裝置優選實施例的剖面結構示意圖；以及
[0027]圖3是本發明一種用于材料介電常數測試的諧振腔測試裝置優選實施例中諧振腔的放大示意圖。
[0028]附圖標記說明:
[0029]1、諧振腔；2、波導管；3、活塞；4、耦合孔；5、螺紋孔；6、腔筒。
【具體實施方式】
[0030]以下結合附圖對本發明的實施例進行詳細說明，但是本發明可以由權利要求限定和覆蓋的多種不同方式實施。
[0031]請參閱圖1至圖3，本發明的優選實施例提供了一種用于材料介電常數測試的諧振腔測試裝置，包括:氧化物陶瓷或氮化物陶瓷材料制成的諧振腔1，諧振腔I的腔筒6開口處設置有氧化物陶瓷或氮化物陶瓷材料制成的活塞3，在諧振腔I的側壁開設有耦合孔4，氧化物陶瓷或氮化物陶瓷材料制成的波導管2對應耦合孔4與諧振腔I連接；在諧振腔I的腔筒6內壁、波導管2的內壁及活塞3的表面均覆蓋有導電金屬層。
[0032]使用上述諧振腔測試裝置時，將諧振腔I放入高溫爐中，兩根波導管2的端部分別穿過爐壁的方孔伸出，伸出端與測試儀器(如矢量網絡分析儀)相連，被測樣品放置在活塞3上，并隨活塞3推入到諧振腔I的腔筒6內。在高溫爐對諧振腔I進行加熱時，當腔筒6內的溫度與高溫爐內的溫度達到平衡時，即對被測樣品進行介電常數的測試。測試時，微波信號通過其中一根波導管2進入到諧振腔I的腔筒6內，并與被測樣品作用，然后測試信號經另一根波導管2進入測試儀器。
[0033]本發明優選實施例所述的諧振腔測試裝置，結構簡單，且諧振腔1、活塞3與波導管2均采用氧化物陶瓷或氮化物陶瓷材料，氧化物陶瓷或氮化物陶瓷材料具有耐高溫，在氧化氣氛中性質穩定的特點；本發明優選實施例所述的諧振腔測試裝置與傳統的石墨耐高溫微波器件相比，本發明優選實施例所述的諧振腔測試裝置可以在空氣氣氛中進行高溫介電常數測試，不需要真空或惰性氣體保護，測試條件與使用狀況接近，能反應材料真實的使用情況，并大大簡化測試裝置；同時，也不會在高溫氣氛中會產生升華，從而避免測試結果出現誤差。本發明優選實施例所述的諧振腔測試裝置與傳統的鉬銠合金耐高溫微波器件相t匕，本發明優選實施例所述的諧振腔測試裝置僅在諧振腔I的腔筒6內壁、波導管2的內壁及活塞3的表面均覆蓋導電金屬層，貴金屬的用量十分少，大大降低了設備成本。
[0034]優選地，為使諧振腔測試裝置具有良好的耐高溫效果，諧振腔1、活塞3與波導管2均采用氧化鋁、氧化鋯、二氧化硅、莫來石或氮化硅的陶瓷材料制成。含量為99.9%的氧化鋁，其燒結溫度為1650-1990°C ;純凈氧化鋯的熔點高達2715°C ;二氧化硅的熔點高達1650±75°C ;莫來石的耐火度高達1800°C ;氮化硅在1900°C時，才會發生分解；因此，諧振腔1、活塞3與波導管2采用氧化鋁、氧化鋯、二氧化硅、莫來石或氮化硅的陶瓷材料，可以使諧振腔測試裝置具有良好的耐高溫效果。
[0035]優選地，為保證諧振腔測試裝置具有良好的測試精度，諧振腔I的腔筒6內壁、波導管2的內壁及活塞3表面的導電金屬層為鉬、銥或鉬錯合金的導電金屬層。導電金屬層的厚度大于Ium,表面電阻小于0.1歐姆。[0036]優選地，為降低諧振腔1、活塞3與波導管2的制備難度；氧化物或氮化物陶瓷材料的諧振腔1、氧化物或氮化物陶瓷材料的活塞3與氧化物或氮化物陶瓷材料的波導管2均通過干壓成型機壓制成型。導電金屬層可以采用電鍍或化學鍍與電鍍結合的方式生成至諧振腔I的腔筒6內壁、波導管2的內壁及活塞3的表面。
[0037]優選的，為進一步簡化諧振腔測試裝置的結構，諧振腔I上設置有螺紋孔5，波導管2采用氧化物或氮化物陶瓷材料制成的螺釘與諧振腔I連接。氧化物或氮化物陶瓷材料的螺釘為氧化鋁、氧化鋯、二氧化硅、莫來石或氮化硅陶瓷材料的螺釘。
[0038]從以上的描述中，可以看出，本發明上述的實施例實現了如下技術效果:
[0039]諧振腔1、活塞3與波導管2采用氧化物陶瓷或氮化物陶瓷材料，可以在空氣氣氛中進行高溫介電常數測試，不需要真空或惰性氣體保護，測試條件與使用狀況接近，能反應材料真實的使用情況，并大大簡化測試裝置；同時，也不會在高溫氣氛中會產生升華，從而避免測試結果出現誤差；諧振腔測試裝置僅在諧振腔I的腔筒6內壁、波導管2的內壁及活塞3的表面均覆蓋導電金屬層，貴金屬的用量十分少，大大降低了設備成本。
[0040]以上所述僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明；對于本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種用于材料介電常數測試的諧振腔測試裝置，其特征在于，包括: 氧化物陶瓷或氮化物陶瓷材料制成的諧振腔(I)，所述諧振腔(I)的腔筒(6)開口處設置有氧化物陶瓷或氮化物陶瓷材料制成的活塞(3)，在所述諧振腔(I)的側壁開設有耦合孔(4)，氧化物陶瓷或氮化物陶瓷材料制成的波導管(2)對應所述耦合孔(4)與所述諧振腔(I)連接；在所述諧振腔(I)的腔筒(6)內壁、所述波導管(2)的內壁及所述活塞(3)的表面均覆蓋有導電金屬層。
2.根據權利要求1所述的一種用于材料介電常數測試的諧振腔測試裝置，其特征在于: 所述諧振腔(I)為氧化鋁、氧化鋯、二氧化硅、莫來石或氮化硅陶瓷材料制成。
3.根據權利要求1所述的一種用于材料介電常數測試的諧振腔測試裝置，其特征在于: 所述活塞(3)為氧化鋁、氧化鋯、二氧化硅、莫來石或氮化硅陶瓷材料制成。
4.根據權利要求1所述的一種用于材料介電常數測試的諧振腔測試裝置，其特征在于: 所述波導管(2)為氧化鋁、氧化鋯、二氧化硅、莫來石或氮化硅陶瓷材料制成。`
5.根據權利要求1所述的一種用于材料介電常數測試的諧振腔測試裝置，其特征在于: 所述諧振腔(I)的腔筒出)內壁、所述波導管(2)的內壁及所述活塞(3)表面的導電金屬層為鉬、銥或鉬錯合金的導電金屬層。
6.根據權利要求1或5所述的一種用于材料介電常數測試的諧振腔測試裝置，其特征在于: 所述導電金屬層的厚度大于I U m,表面電阻小于0.1歐姆。
7.根據權利要求1所述的一種用于材料介電常數測試的諧振腔測試裝置，其特征在于: 所述諧振腔(I)上設置有螺紋孔(5)，所述波導管(2)采用氧化物陶瓷或氮化物陶瓷材料制成的螺釘與所述諧振腔(I)連接。
8.根據權利要求7所述的一種用于材料介電常數測試的諧振腔測試裝置，其特征在于: 所述螺釘為氧化鋁、氧化鋯、二氧化硅、莫來石或氮化硅陶瓷材料制成。
9.根據權利要求1所述的一種用于材料介電常數測試的諧振腔測試裝置，其特征在于: 所述諧振腔(I)、所述活塞(3)及所述波導管(2)均采用壓制成型。
【文檔編號】H01P3/127GK103487666SQ201310441705
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月25日 優先權日:2013年9月25日
【發明者】吳旺南, 曹義 申請人:長沙新圖儀器有限公司