測(cè)量介電常數(shù)的介質(zhì)諧振技術(shù)有哪些

閱讀：357 發(fā)布時(shí)間：2025-3-6

介質(zhì)諧振技術(shù)中通常采用的是最一低的TE模。其原因在于,這種模式是最容易分辨的。下面我們介紹幾種不同的介質(zhì)諧振方法。

介質(zhì)桿諧振技術(shù)

介質(zhì)桿諧振技術(shù)(PostResonator Technique)最早是由Hakki和 Coleman 于1960年提出來的口。并且由Courtney于1970年完善成型，因此，這種技術(shù)也稱為Courtney諧振器技術(shù)。這種方法已經(jīng)被國(guó)際電工委員會(huì)(International Electrical Commission，IEC)推薦為介電常數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)之一。Courtney 諧振器的結(jié)構(gòu)如圖所示，圖中圓柱形介質(zhì)桿置于兩金屬極板之間。這種結(jié)構(gòu)的特征方程可以表述為

介質(zhì)桿諧振器

分裂諧振桿法

分裂諧振桿法是Krupka等人在1996年提出的，其結(jié)構(gòu)如下圖所示，實(shí)物如圖所示。這種結(jié)構(gòu)中主要是兩個(gè)諧振介質(zhì)片放置于金屬腔體中，介質(zhì)放置于兩個(gè)諧振器之間。并且介質(zhì)樣品與上層的介質(zhì)諧振片有一定的空氣間隙。一般情況下，這種結(jié)構(gòu)工作在 TE01δ模式。

對(duì)于低損耗材料，損耗的影響對(duì)于諧振頻率的影響是可以忽略的，因此，介電常數(shù)的實(shí)部只與諧振頻率和材料以及腔體的尺寸有關(guān)。這種方法一般采用迭代的方法來求得其介電常數(shù)。

片樣諧振法

當(dāng)樣品比較薄時(shí)，可以利用片樣諧振法。它是由Kent于1988年提出的。這種方法所測(cè)量的樣品在實(shí)際應(yīng)用中特別廣泛，如常用的電路板。這種方法在介質(zhì)片中產(chǎn)生諧振現(xiàn)象，通過測(cè)量諧振頻率和諧振品質(zhì)因子來反演介電常數(shù)。這種方法的結(jié)構(gòu)示意圖和試樣單元剖面圖分別如圖所示：

片樣諧振法的基本結(jié)構(gòu)

片樣諧振法加饋電示意圖

Kent對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行了理論分析,其假設(shè)條件是，介質(zhì)處于諧振狀態(tài)而波導(dǎo)處于截止?fàn)顟B(tài)。因此，可以不考慮在波導(dǎo)及介質(zhì)中都為倏逝波的情形，也不需要考慮波導(dǎo)中窄諧振狀態(tài)時(shí)的情形。利用波導(dǎo)壁的邊界條件，可以得到TE波的特征。

Fabry-Perot諧振腔

Fabry-Perot諧振腔嚴(yán)格意義上講是一種自由空間測(cè)量方法，但其主要特性是諧振。因此，我們將其歸結(jié)為諧振方法。在討論高斯波束時(shí)，我們認(rèn)識(shí)到電磁波在自由空間傳播過程中會(huì)發(fā)生擴(kuò)散現(xiàn)象。如果將擴(kuò)散傳播中的電磁波用曲面反射鏡進(jìn)行聚焦處理，則電磁波能重新匯聚到某一區(qū)域，該區(qū)域稱為束腰。如果能夠?qū)蓚€(gè)曲面反射鏡進(jìn)行合理地設(shè)計(jì)，則有可能電磁波被限制在某一區(qū)域范圍內(nèi)。形成諧振現(xiàn)象。利用這種現(xiàn)象則可以進(jìn)行介電常數(shù)的測(cè)量。Fabry-Perot諧振腔測(cè)量法是開腔諧振法的一種。

很明顯，這種方法測(cè)量介電常數(shù)主要適用于毫米波及亞毫米波區(qū)域，一般工作頻率為30GHz~3000GHz。一些文獻(xiàn)認(rèn)為這種方法主要工作在10GHz~200GHz。原因在于，在毫米波與亞毫米波頻段，傳統(tǒng)波導(dǎo)諧振腔的尺寸過小，這就造成了樣品的尺寸過小而不容易加工。同時(shí),由于尺寸過小，精確的測(cè)量比較難以實(shí)現(xiàn)。而利用Fabry-Perot諧振腔測(cè)量法進(jìn)行測(cè)量則對(duì)樣品的要求要寬松得多。一般情況下，反射鏡面的尺寸可以達(dá)到波長(zhǎng)的10~20倍，而介質(zhì)一般情況下只要是片狀平板樣品即可。下圖分別是Fabry-Perot雙反射面諧振腔和單反射面諧振腔。