1、微波介質介電常數的測量【摘要】：采用諧振腔微擾法測量介質材料的特性參量，首先使用示波器觀測速調管的振蕩模和反射式腔的諧振曲線，進而用反射式腔測量微波材料的介電常數e 和介電損耗角正切tgd 的原理和方法【關鍵詞】介電常數e¢ 介電損耗角正切tgd 品質因數 諧振頻率【正文】一、引言：   本實驗是采用反射式矩形諧振腔來測量微波介質特性的。反射式諧振腔是把一段標準矩形波導管的一端加上帶有耦合孔的金屬板，另一端加上封閉的金屬板，構成諧振腔，具有儲能、選頻等特性。諧振條件：諧振腔發生諧振時，腔長必須是半個波導波長的整數倍，此時，電磁波在腔內連續反射，產生駐波。

2、諧振腔的有載品質因數QL由下式確定： 式中：f0為腔的諧振頻率，f1，f2分別為半功率點頻率。諧振腔的Q值越高，諧振曲線越窄，因此Q值的高低除了表示諧振腔效率的高低之外，還表示頻率選擇性的好壞。如果在矩形諧振腔內插入一樣品棒，樣品在腔中電場作用下就會極化，并在極化的過程中產生能量損失，因此，諧振腔的諧振頻率和品質因數將會變化。電介質在交變電場下，其介電常數為復數，和介電損耗正切tan可由下列關系式表示：， ， 其中：，和，分別表示的實部和虛部。二、實驗裝置：10p（P為奇數）模式的矩形諧振腔三、原理：諧振腔是一端封閉的金屬導體空腔，具有儲能、選頻等特性常見的諧振腔有矩形和圓柱形兩種，本實驗采用

3、反射式矩形諧振腔 諧振腔有載品質因數可由Q = f0/|f1-f2測定其中f0為諧振腔諧振頻率，f1、f2f0、f1和f2的示意圖    如果在矩形諧振腔內插入一圓柱形樣品棒，樣品在腔中電場的作用下就會被極化，并在極化的過程中產生能量損失，因此，諧振腔的諧振頻率和品質因數將會變化    根據電磁場理論，電介質在交變電場的作用下，存在轉向極化，且在極化時存在馳豫，因此它的介電常數為復數：式中e為復介電常數，e0為真空介電常數，er為介質材料的復相對介電常數，e 、 e 分別為復介電常數的實部和虛部    由

4、于存在著馳豫，電介質在交變電場的作用下產生的電位移滯后電場一個相位角d ，且有 因為電介質的能量損耗與tgd成正比，因此tgd也稱為損耗因子或損耗角正切    如果所用樣品體積遠小于諧振腔體積， 則可認為除樣品所在處的電磁場發生變化外，其余部分的電磁場保持不變，因此可用微擾法處理 選擇TE10p（p為奇數）的諧振腔，將樣品置于諧振腔內微波電場最強而磁場最弱處， 即處，且樣品棒的軸向與y    假設介質棒是均勻的，而諧振腔的品質因數又較高，根據諧振腔的微擾理論可得下列關系式    

5、60;                 由此可求得其中f0、fs分別為諧振腔放入樣品前后的諧振頻率；V0、Vs分別為諧振腔體積和樣品體積；(1/QL)為樣品放入前后諧振腔有載品質因數的倒數的變化， 即(1/QL) =1/QLS -1/QL0QL0 , QLS分別為樣品放入前后的諧振腔有載品質因數四、實驗內容：    1.用示波器觀察速調管振蕩模  開啟微波信號源和低頻信號發生器，調節速調管輸出頻率，使反射式

6、諧振腔處于失諧狀態，同時調節晶體檢波器處于匹配狀態，觀察速調管振蕩模曲線    2.觀察反射式諧振腔的諧振曲線  在速調管輸出為最佳振蕩模時，旋轉速調管上的機械調諧旋鈕，改變速調管的輸出信號頻率，同時調節晶體檢波器，直到諧振腔產生諧振為止觀察反射式諧振腔的諧振曲線    3.測定介電常數e¢和介電損耗角正切tgd    (1) 放入樣品前，測量諧振腔諧振頻率f0和半功率點頻率f1和f2    (2) 放入樣品后，測量諧振腔諧振頻率f0¢和半功率點頻率f1¢和f2¢（提示：調節速調管上的機械調諧旋鈕，使諧振腔再次諧振）    (3) 測出樣品體積Vs和諧振腔體積V0    (4)計算介電常數e 和介