为了实现在0.5-40GHz频段内,对固体介质的复介电常数进行测量。本文将0.5-40GHz拆分为三个频段一个同轴谐振腔覆盖0.5-5GHz频段、两个圆柱腔分别覆盖7-18GHz和18-40GHz。三个腔体都采用了一腔多模技术。本文主要研究工作如下:1)谐振腔中模式众多,通过分析模式分布选定工作模式。根据测试频点应尽量多,且应均匀分布在频段内的要求。分析计算并绘制了圆柱腔工作模式分布图,最终圆柱腔中采用011TE到017TE七个高次模式、同轴谐振腔中用001TEM到005TEM五个模式为工作模式。2)针对圆柱腔中工作模式为高次模开展了模式净化工作。圆柱谐振腔中工作模式为高次模,附近杂模很多,如不采取相应技术措施,使用时会严重影响测试准确度。通过对腔体尺寸优化,使杂模和工作模式频差达到最大。另一方面分析工作模式和简并模式场分布的不同点。通过增加后腔以及优化耦合馈电位置,来对简并模式进行抑制。抑制后得到的工作模式21S扫频曲线关于谐振频点基本对称。3)基于腔体工作带宽和杂模抑制要求,开展了馈电及耦合装置设计。为了满足两个圆柱腔宽频带耦合馈电,设计了对应频段的双脊波导到同轴线转换器。7-18GHz转换器驻波小于1.2、18-40GHz转换器驻波小于1.4,满足带宽要求。馈电位置要能够激励起所有工作模式,同时不激励或者弱激励起简并模式4)基于模式分布、模式净化和耦合馈电,开展了谐振腔的整体设计。针对传统圆柱腔测试介质时放置介质不方便、测试繁琐的问题。对圆柱谐振腔的开腔方式做了创新改进,通过在腔壁中打通孔加入滑轨,在滑轨顶端加入弹簧。在不影响圆柱腔场分布,不改变原来腔体测试精度情况下,使得空腔测试和加入介质测试,这两种测试方式的切换,变得快速简单。这是本文的创新点。另外同轴腔开路端辐射太大影响测试精度,在开路端采用渐变结构,使开路端直径大大减小,减弱腔体辐射以保证测试精度。对谐振腔进行空腔实测,测试结果和仿真结果基本一致。用18-40GHz圆柱腔测试介质样品,相对介电常数测试结果相对误差小于5%。