[發(fā)明專利]一種提取微波介質(zhì)基板寬帶連續(xù)介電特性的表征方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010099357.5
• 申請(qǐng)日: 2020-02-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111308221B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-03-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蔡龍珠;洪偉;蔣之浩;黃巖
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01R27/26
• 分類(lèi)號(hào): G01R27/26;G06F17/11
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發(fā)明公開(kāi)了一種提取微波介質(zhì)基板寬帶連續(xù)介電特性的表征方法，該方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，僅由兩條不同長(zhǎng)度直線構(gòu)成的微波結(jié)構(gòu)組成測(cè)試裝置，通過(guò)比較兩條直接結(jié)構(gòu)的傳輸散射參數(shù)的相位和幅度，能夠分別實(shí)現(xiàn)介質(zhì)基板的介電常數(shù)和介質(zhì)損耗正切值的推導(dǎo)。該方法同時(shí)考慮了結(jié)構(gòu)的導(dǎo)體損耗和輻射損耗，能夠高精度地反演介質(zhì)損耗正切值。本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術(shù)，如波級(jí)聯(lián)矩陣算法，更為簡(jiǎn)單。該方法不僅適用于不接地共面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，對(duì)于微帶線、帶狀線、基片集成波導(dǎo)等結(jié)構(gòu)也同樣適用。該方法可以在一定程度上緩解由于微波連接器焊接和器件制造引起的誤差，得到準(zhǔn)確且連續(xù)的寬頻帶介質(zhì)基板介電特性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于介質(zhì)基板介電特性參數(shù)提取測(cè)試技術(shù)，具體涉及一種提取微波介質(zhì)基板寬帶連續(xù)介電特性的表征方法。

背景技術(shù)

在設(shè)計(jì)微波器件之前，準(zhǔn)確了解所用襯底介質(zhì)基板材料的介電性能，特別是其介電常數(shù)是至關(guān)重要的。然而，大多數(shù)印刷電路板(Printed Circuit Board,PCB板)制造商通常只提供單一頻率的介電性能信息，例如在1GHz。因此，如果在設(shè)計(jì)過(guò)程中使用了不準(zhǔn)確的介電信息，任何介電常數(shù)偏差都可能導(dǎo)致頻率偏移。此外，現(xiàn)代用于微波段的電介質(zhì)不僅限于傳統(tǒng)的硬陶瓷層壓板，而且還包括非傳統(tǒng)的柔性材料，如織物基材和新開(kāi)發(fā)的電介質(zhì)基板材料。因此，準(zhǔn)確表征材料的介電性能具有重要的意義，因而自然受到了廣泛的關(guān)注。

一般來(lái)說(shuō)，測(cè)量微波頻率下介質(zhì)基板材料性能的方法和技術(shù)有很多種，但沒(méi)有一種方法和技術(shù)適用于整個(gè)頻譜中所有不同類(lèi)型的基片材料。測(cè)量技術(shù)必須根據(jù)被測(cè)材料所估計(jì)的介電性能來(lái)選擇，例如材料的尺寸和狀態(tài)、所需的提取精度、處理的簡(jiǎn)單性、感興趣的帶寬以及所需類(lèi)型的測(cè)試設(shè)備。基于帶寬，材料表征技術(shù)可分為兩大類(lèi)，即寬帶測(cè)量和窄帶測(cè)量。

窄帶測(cè)量主要依賴于具有更精確結(jié)果的諧振腔，但僅限于在離散諧振頻率處獲取介質(zhì)基板介電性能。寬帶技術(shù)通常基于在具有非共振結(jié)構(gòu)內(nèi)傳播的電磁波的復(fù)雜傳輸和/或反射系數(shù)。寬帶測(cè)量技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是，它可以獲得寬頻帶材料特性，但通常具有相對(duì)較低的提取精度。寬帶測(cè)量技術(shù)主要有兩種：基于導(dǎo)波結(jié)構(gòu)的測(cè)量技術(shù)和基于空間波結(jié)構(gòu)的測(cè)量技術(shù)。

然而，目前存在的一些基于導(dǎo)波結(jié)構(gòu)的測(cè)量技術(shù)存在一定的不足。例如，介電材料需要被填充在同軸傳輸線中，雖然這些傳輸線被廣泛使用，但是很昂貴，而且測(cè)量時(shí)間很長(zhǎng)。此外，通常采用的波級(jí)聯(lián)矩陣算法，由于其他部分損耗的影響，提取精度有待進(jìn)一步提高。最后，在微帶線或共面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中，類(lèi)似的采用多線方法還沒(méi)有充分深入的研究。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)基于導(dǎo)波結(jié)構(gòu)的介電特征測(cè)量不足問(wèn)題，本發(fā)明提供一種提取微波介質(zhì)基板寬帶連續(xù)介電特性的表征方法。

技術(shù)方案：一種提取微波介質(zhì)基板寬帶連續(xù)介電特性的表征方法，所述方法基于兩條不同長(zhǎng)度的直線波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，然后通過(guò)作差比較兩條直線結(jié)構(gòu)的傳輸散射參數(shù)的相位和幅度，分別推導(dǎo)和計(jì)算出介質(zhì)基板的介電常數(shù)和介質(zhì)損耗正切值。

進(jìn)一步的，所述方法包括如下步驟：

(1)基于長(zhǎng)度不同的直線波導(dǎo)結(jié)構(gòu)分別組建測(cè)試裝置，所述測(cè)試裝置中直線波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的兩端設(shè)有高頻微波連接器，通過(guò)一組高頻微波連接器固定待測(cè)材料的兩端，所述待測(cè)材料表面附有金屬銅；

(2)根據(jù)測(cè)試裝置的設(shè)計(jì)參數(shù)，利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀對(duì)兩直線分別進(jìn)行測(cè)試，得到兩者的傳輸散射參數(shù)S₁₂的幅值和相位；

(3)對(duì)測(cè)試所得的長(zhǎng)線和短線波導(dǎo)的散射參數(shù)相位做差，得到的值并計(jì)算有效介電常數(shù)ε_eff和介質(zhì)基板的介電常數(shù)ε_r；

(4)對(duì)測(cè)試所得的長(zhǎng)線和短線的散射參數(shù)幅值做差，計(jì)算結(jié)構(gòu)總的損耗α_t，導(dǎo)體損耗α_c，輻射損耗α_r，介質(zhì)損耗α_d和介質(zhì)基板介質(zhì)損耗正切tanδ，具體如下：