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)的測量。Fabry-Perot諧振腔測量法是開腔諧振法的一種。

很明顯，這種方法測量介電常數(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，精確的測量比較難以實(shí)現(xiàn)。而利用Fabry-Perot諧振腔測量法進(jìn)行測量則對(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。

平面電路法

平面電路測量法也是一種比較常用的測量方法，這種方法已經(jīng)被采用成標(biāo)準(zhǔn)。平面電路測量法中，微帶傳輸線法是最一常用的方法之一。

平面電路法也可以分成非諧振方式和諧振方式，非諧振方法主要是利用傳輸線的性質(zhì)通過測量以樣品為基底的傳輸線的傳輸和反射特性來反推其介電常數(shù)，其基本原理如圖所示。這種結(jié)構(gòu)中，樣品作為襯底，改變了傳輸線的特性阻抗。

因此，在標(biāo)準(zhǔn)傳輸線與樣品的接口處，可以測得傳輸或反射系數(shù)，再利用傳輸線算法，可以反演出介電常數(shù)。

利用微帶線傳輸法測量介電常數(shù)

另外一種方式是諧振方法。諧振法有很多形式，最一常用的兩種形式是帶狀諧振和環(huán)形諧振。