采用帶法蘭結構的TE01n圓柱諧振腔，用無損檢測的方法測量薄板型微波介質材料的復介電常數。利用軸向模式匹配法對諧振腔內的電磁場進行了求解，給出了相對介電常數和損耗角正切的計算公式，并利用矢量網絡分析儀對幾種常用微波介質材料進行了測量，其結果表明: 該測量方法對相對介電常數的測量誤差不超過1%，而對損耗角正切的測量誤差不超過10%。該方法還具備一腔多模的測試能力，測量頻率可調，可用于介質材料頻率特性的測量。

　　在微波波段測量介質材料復介電常數的方法主要有兩大類，即: 傳輸/反射法和諧振法。其中大部分的諧振法和傳輸/反射法均需備特定形狀的樣品，屬于有損測量。自由空間法是傳輸/反射法中的一種，它是一種無損測量方法，但其需要代價高昂的能實現高斯微波束聚焦的天線測量系統，另外，其測量精度低，一般只適用于具有中高損耗介質材料的測量。對于低損耗介質材料的無損測量，通常采用的測試結構為分立式諧振腔和分立式介質柱諧振器。在這兩種方法中，待測樣品均被夾持于上下對稱的兩諧振腔之間，諧振腔的對準是影響系統測量精度的一個重要因素。為保證測量的精度，一般須增加額外的定位裝置以調整上下腔體的同軸關系，這增加了系統的復雜性和測試的難度。為避免該問題，同時為實現對低損耗不可加工介質材料的無損測量，本文在分立式諧振腔的基礎上，提出并設計了一種可用于測量具有一定厚度平板類介質樣品的改進型TE01n諧振腔。

1、模型與理論分析

　　圖1 為用于介質材料無損測量圓柱諧振腔的結構示意圖。相對介電常數為εd、損耗角正切為tanδ 的介質樣品夾持于金屬短路板和帶法蘭結構金屬圓波導之間。諧振腔的半徑為R，長度為L。當介質樣品的厚度h 小于樣品內傳播波長λd的一半時，金屬短路板和圓波導法蘭之間的電磁場將處于截止狀態。此時，只要金屬法蘭外半徑R1足夠大，電磁場將難以泄露，諧振腔內將建立起微波諧振模式，邊界r = R1也可假設為理想電壁面。由此，可采用軸向模式匹配法對諧振腔內的電磁場進行嚴格求解。根據系統軸向不連續性，諧振腔可劃分為如圖1所示的區域Ⅰ和區域Ⅱ，區域Ⅰ為空氣區( | r |≤R，0≤z≤L) ，而區域Ⅱ為介質區( | r |≤R1，-h≤z≤0) 。

圖1 介質材料介電常數無損測量原理圖

結論

　　為實現對薄板型固體電介質材料復介電常數的無損測量，本文在傳統TE01n圓柱諧振腔的基礎上，提出了一種帶法蘭結構的改進型TE01n圓柱諧振腔。利用軸向模式匹配法對諧振腔內的電磁場進行了求解，給出了相對介電常數和損耗角正切的計算公式，最后，針對PTFE，HDPE 和陶瓷材料的復介電常數進行了測量，并用介質柱諧振器進行了驗證，結果表明: 該方法對相對介電常數的測量具有很高精度，其相對誤差不超過1%;而對于損耗角正切，其測量誤差可控制在10%以內。該方法有效地避免了分立式諧振器或諧振腔結構上的對準問題，其測量簡便行。同時，它具備一腔多模的測試能力，諧振頻率可調。它的應用對于高功率微波領域介質材料的測試具有實際意義。