高頻介質(zhì)相對介電常數(shù)測量電路、方法及離散性測量方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高頻介質(zhì)相對介電常數(shù)εr測量電路及方法，該電路包括：金屬腔體，在金屬腔體兩端邊緣處設置射頻激勵和耦合的輸入、輸出端口；網(wǎng)絡分析儀，通過同軸電纜與金屬腔體的激勵信源輸入端連接；示波器，通過同軸電纜與金屬腔體的諧振信號的耦合輸出端連接，將內(nèi)導體連同絕緣體插入腔體孔內(nèi)，內(nèi)導體穿透腔體下底板形成短路狀態(tài)，再將同軸電纜銅編織線展開并與腔體焊接；所述電纜另一端接電纜頭與所述示波器連接。一種高頻介質(zhì)相對介電常數(shù)εr離散性測量方法。本發(fā)明可以對任意頻率、任意介質(zhì)基板厚度進行測量，且不需添加任何附助設備，簡單易行。
【專利說明】高頻介質(zhì)相對介電常數(shù)測量電路、方法及離散性測量方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及介質(zhì)基板參數(shù)測量【技術領域】，尤其涉及一種高頻介質(zhì)相對介電常數(shù)測量電路、方法及離散性測量方法。
【背景技術】
[0002]微波介質(zhì)基板的相對介電常數(shù)L是微波平面電路設計中最基本的參數(shù)，L的離散直接影響微波電路的性能?，F(xiàn)有技術通常采用諧振法測量高頻介質(zhì)基板相對介電常數(shù):首先加工一個高穩(wěn)定的英鋼諧振腔體，將被測介質(zhì)板材加工成與腔體口徑相同的試樣圓片，置入諧振腔體進行測量獲得L。然而，由于試樣圓片小于Imm很難測準，因此不能加工薄了 ；且由于英鋼諧振腔體的尺寸是固定的，因而振蕩頻率即測量頻率也就固定了，因而，只能在單一固定頻率下測量，由于L是隨工作頻率的不同而呈現(xiàn)色散特性，如圖1所示，上述方法不能測量出微波電路在工作頻率上的真實介電常數(shù)。另外，在高頻介質(zhì)板材的生產(chǎn)過程中，也會出現(xiàn)板面內(nèi)相對介電常數(shù)分布不均，現(xiàn)有測量方法不能測量這種離散，需要在現(xiàn)有測量系統(tǒng)中增加一些專用設備，導致系統(tǒng)復雜，成本提高。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]本發(fā)明提出了一種高頻介質(zhì)相對介電常數(shù)L測量電路、方法及離散性測量方法，可以對任意頻率、任意介質(zhì)基板厚度進行測量，且不需添加任何附助設備，簡單易行。
[0004]本發(fā)明提出的一種高頻介質(zhì)相對介電常數(shù)ε r測量電路，包括:
[0005]金屬腔體，所述金屬腔體兩端邊緣處設置激勵信源輸入窗孔和激勵信源輸出窗孔；
[0006]網(wǎng)絡分析儀，通過第一同軸電纜與所述金屬腔體的激勵信源輸入窗孔連接，所述第一同軸電纜第一端的內(nèi)導體連同絕緣體插入所述輸入窗孔，所述內(nèi)導體穿透所述金屬腔體下底板形成短路狀態(tài)，所述第一同軸電纜銅編織線與所述金屬腔體焊接；所述第一同軸電纜第另一端接電纜頭并與所述網(wǎng)絡分析儀連接；
[0007]示波器，通過第二同軸電纜與所述金屬腔體的激勵信源輸出窗孔連接，所述第二同軸電纜第一端的內(nèi)導體連同絕緣體插入所述激勵信源輸出窗孔，所述內(nèi)導體穿透所述金屬腔體下底板形成短路狀態(tài)，所述第二同軸電纜銅編織線與所述金屬腔體焊接；所述第二同軸電纜另一端接電纜頭并與所述示波器連接。
[0008]優(yōu)選地，對于雙面敷銅箔層壓介質(zhì)板或復合介質(zhì)板，其雙面所敷銅箔構(gòu)成金屬腔體外殼，在雙面敷銅箔介質(zhì)板材的四個側(cè)面涂以導電膠形成所述金屬腔體；對于粉料或其他液態(tài)測量介質(zhì)，金屬腔體為填裝介質(zhì)的金屬殼體，腔體為一邊開放型，填裝介質(zhì)后封閉腔體。
[0009]優(yōu)選地，所述金屬腔體的長寬高分別為3、13、11，其中腔體高度h≤λs/2√εr
[0010]優(yōu)選地,所述內(nèi)導體的直徑為Φ0.15mm,絕緣體的直徑為Φ0.41mm。[0011]優(yōu)選地，所述金屬腔體中心線上距邊緣3-5mm處開設窗孔。
[0012]優(yōu)選地,所述窗孔的直徑為Φ 0.42mm。
[0013]一種高頻介質(zhì)基板相對介電常數(shù)ε r測量方法，包括以下步驟:
[0014]將測量頻率范圍設定至比工作頻率稍寬，在示波器上找出第一個諧振峰，即H皿模的諧振頻率，測得該諧振頻率；
[0015]按公式去+ ▲計算填充物的其中，C為光速，L為測得的Hltll諧振頻率，a, b為金屬腔體的兩個邊長；
[0016]若所測諧振頻率&偏離所需值時，將按上式計算的ε ^值作為已知數(shù)，設定金屬腔體a邊值后，按上式計算b邊值，調(diào)整腔體V即可將諧振頻率落到所需fo，再按上式計算出在使用頻率下的ε r。
[0017]優(yōu)選地，所述金屬腔體的邊長為有效內(nèi)徑。
[0018]一種高頻介質(zhì)基板相對介電常數(shù)ε r離散型測量方法，包括:
[0019]將被測件視為一個填充介質(zhì)的矩形諧振腔，諧振時，在金屬腔體內(nèi)形成駐波場，沿金屬腔體邊形成半波節(jié)點，其諧振波長可按下式表征:
【權利要求】
1.一種高頻介質(zhì)相對介電常數(shù)測量電路，其特征在于，包括:金屬腔體，所述金屬腔體兩端邊緣處設置激勵信源輸入窗孔和激勵信源輸出窗孔；網(wǎng)絡分析儀，通過第一同軸電纜與所述金屬腔體的激勵信源輸入窗孔連接，所述第一同軸電纜第一端的內(nèi)導體連同絕緣體插入所述輸入窗孔，所述內(nèi)導體穿透所述金屬腔體下底板形成短路狀態(tài)，所述第一同軸電纜銅編織線與所述金屬腔體焊接；所述第一同軸電纜第另一端接電纜頭并與所述網(wǎng)絡分析儀連接； 示波器，通過第二同軸電纜與所述金屬腔體的激勵信源輸出窗孔連接，所述第二同軸電纜第一端的內(nèi)導體連同絕緣體插入所述激勵信源輸出窗孔，所述內(nèi)導體穿透所述金屬腔體下底板形成短路狀態(tài)，所述第二同軸電纜銅編織線與所述金屬腔體焊接；所述第二同軸電纜另一端接電纜頭并與所述示波器連接。
2.根據(jù)權利要I所述的高頻介質(zhì)相對介電常數(shù)測量電路，其特征在于，對于雙面敷銅箔層壓介質(zhì)板或復合介質(zhì)板，其雙面所敷銅箔構(gòu)成金屬腔體外殼，在雙面敷銅箔介質(zhì)板材的四個側(cè)面涂以導電膠形成所述金屬腔體；對于粉料或其他液態(tài)測量介質(zhì)，金屬腔體為填裝介質(zhì)的金屬殼體，腔體為一邊開放型，填裝介質(zhì)后封閉腔體。
3.根據(jù)權利要I所述的高頻介質(zhì)相對介電常數(shù)測量電路，其特征在于，所述金屬腔體的長寬高分別為a、b、h，其中腔體高度Λ ^
4.根據(jù)權利要I 所述的高頻介質(zhì)相對介電常數(shù)測量電路，其特征在于，所述內(nèi)導體的直徑為Φ 0.15mm,絕緣體的直徑為Φ 0.41mm。
5.根據(jù)權利要I所述的高頻介質(zhì)相對介電常數(shù)測量電路，其特征在于，所述金屬腔體中心線上距邊緣3-5mm處開設窗孔。
6.根據(jù)權利要I所述的高頻介質(zhì)相對介電常數(shù)測量電路，其特征在于，所述窗孔的直徑為 Φ 0.42_。
7.一種高頻介質(zhì)基板相對介電常數(shù)測量方法，其特征在于，使用如權利要求1至6中任一項所述的測量電路，包括以下步驟: 將測量頻率范圍設定至比工作頻率稍寬，在示波器上找出第一個諧振峰，即Hltll模的諧振頻率，測得該諧振頻率； 按公式A^ + 計算填充物的ε!?，其中，c為光速，&為測得的Hltll諧振頻率，a, b為金屬腔體的兩個邊長； 若所測諧振頻率&偏離所需值時，將按上式計算的ε r值作為已知數(shù)，設定金屬腔體a邊值后，按上式計算b邊值，調(diào)整腔體V即可將諧振頻率落到所需&，再按上式計算出在使用頻率下的er0
8.根據(jù)權利要I所述的高頻介質(zhì)基板相對介電常數(shù)測量方法，其特征在于，所述金屬腔體的邊長為有效內(nèi)徑。
9.一種高頻介質(zhì)基板相對介電常數(shù)離散型測量方法，其特征在于，包括: 將被測件視為一個填充介質(zhì)的矩形諧振腔，諧振時，在金屬腔體內(nèi)形成駐波場，沿金屬腔體邊形成半波節(jié)點，其諧振波長可按下式表征:
10.根據(jù)權利要求9所述的高頻介質(zhì)基板相對介電常數(shù)離散型測量方法，其特征在于，各個諧振頻點上的ε r均方根為ε r的離散估值。
【文檔編號】G01R27/26GK103941101SQ201410140138
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月9日 優(yōu)先權日:2014年4月9日
【發(fā)明者】陳坤, 王威, 鄧禹, 夏森, 檀劍飛, 舒航, 周靈利, 吳言群 申請人:蕪湖航飛科技股份有限公司