本實(shí)用新型涉及一種材料電磁參數(shù)的檢測(cè)，具體是涉及一種納米薄膜微波電磁參數(shù)測(cè)試裝置。

背景技術(shù)：

隨著電子信息技術(shù)的飛速發(fā)展，電子元器件的工作頻率和集成度不斷提高，作為電子元器件關(guān)鍵組成部分之一的電磁元器件必然要向微型化、集成化、高頻化方向發(fā)展。近年來(lái),高頻電磁薄膜材料吸引了大量的關(guān)注,由于他們?cè)诩珊托⌒突姶艌?chǎng)巨大的應(yīng)用潛力，如薄膜電感器、變壓器和磁傳感器。與體材料相比,高頻電磁薄膜材料更有希望成為核心材料，由于其相對(duì)體積小,低矯頑力(Hc)、高滲透率(m)、高電阻率(ρ)和適當(dāng)?shù)拿鎯?nèi)單軸各向異性磁場(chǎng)。對(duì)納米薄膜材料而言，復(fù)磁導(dǎo)率和復(fù)介電常數(shù)是表征材料電磁特性的重要參數(shù)，是決定納米薄膜材料適用性的重要因素之一。因此準(zhǔn)確的測(cè)量薄膜的電磁參量已變得更為重要。

由于納米薄膜厚度太薄體積太小，導(dǎo)致靈敏度大大降低，給測(cè)量帶來(lái)很大困難，國(guó)內(nèi)外測(cè)量納米薄膜材料的電磁參數(shù)主要方法有諧振腔法、雙線圈法和傳輸/反射法。諧振腔法雖然測(cè)試精度高，操作簡(jiǎn)單，但是只能進(jìn)行點(diǎn)頻測(cè)量，測(cè)量正確性和穩(wěn)定性不能得到保證。雙線圈法受周圍電磁場(chǎng)干擾很大，誤差增加，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不易加工，靈敏度低。傳輸/反射法可以分為同軸型、矩形波導(dǎo)型、帶線型和微帶型，是目前測(cè)量電磁參數(shù)應(yīng)用最廣泛的方法之一，其中微帶型測(cè)量精度高，模具加工簡(jiǎn)單，測(cè)量頻率寬，可靠性好，是目前國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于提供一種納米薄膜微波電磁參數(shù)測(cè)試裝置。

本實(shí)用新型設(shè)有微帶夾具、微波矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀、GPIB數(shù)據(jù)采集卡、計(jì)算機(jī)；所述微帶夾具由L型底座、上導(dǎo)帶、可調(diào)短路片、SMA連接頭、屏蔽罩和固定平臺(tái)構(gòu)成；L型底座一端設(shè)圓孔，所述圓孔用于安裝SMA連接頭，L型底座另一端設(shè)臺(tái)階，L型底座接地；上導(dǎo)帶由PVC印刷電路板制成，可調(diào)短路片由鍍銀紫銅加工制成，可調(diào)短路片兩端開(kāi)槽，中間固定螺絲，可實(shí)現(xiàn)微帶線夾具上的全覆蓋調(diào)節(jié)；SMA連接頭安裝于L型底座上，SMA連接頭與微波矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的同軸電纜連接，將信號(hào)輸入微帶夾具，并將微帶夾具測(cè)量的反射信號(hào)傳回微波矢量網(wǎng)絡(luò)分析，被測(cè)納米薄膜放置于上導(dǎo)帶與L型底座之間，測(cè)量納米薄膜復(fù)磁導(dǎo)率時(shí)，可調(diào)短路片距底座輸入端調(diào)節(jié)為λ/4的奇數(shù)倍，被測(cè)納米薄膜樣品位置放置緊貼可調(diào)短路片終端，當(dāng)進(jìn)行納米薄膜介電常數(shù)測(cè)量時(shí)，可調(diào)短路片距離底座輸入端距離調(diào)節(jié)為λ/2的整數(shù)倍，被測(cè)納米薄膜樣品放置位置為輸入端與可調(diào)短路片的中心位置；微帶夾具被屏蔽蓋緊密覆蓋,微帶夾具由螺絲鎖定在固定平臺(tái)上，固定平臺(tái)的四角裝有高度可調(diào)的支撐桿，固定平臺(tái)面上均勻刻上標(biāo)有刻度的一組水平線，用于測(cè)量時(shí)永久磁鐵的定位，在固定平臺(tái)上鎖定兩片彈簧卡片，所述兩片彈簧卡片分別放置在微帶夾具的終端與側(cè)面。

由此可見(jiàn)，本實(shí)用新型提供了一種精確、無(wú)損傷、操作簡(jiǎn)便的納米薄膜電磁參數(shù)測(cè)量裝置。適用于科研單位及工廠企業(yè)。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型所述納米薄膜微波電磁參數(shù)測(cè)試裝置的結(jié)構(gòu)組成示意圖。

圖2為微帶夾具結(jié)構(gòu)的主視圖。

圖3為微帶夾具結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖。

圖4為微帶夾具結(jié)構(gòu)的立體示意圖。

圖5為屏蔽罩立體示意圖。

圖6為固定平臺(tái)立體示意圖。

圖7為微帶夾具結(jié)構(gòu)分解示意圖。

圖8為測(cè)量磁導(dǎo)率樣品位置放置。

圖9為測(cè)量介電常數(shù)樣品位置放置。

圖10為測(cè)量納米薄膜材料的復(fù)磁導(dǎo)率圖。

圖11為測(cè)量納米薄膜材料的復(fù)介電常數(shù)圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。

參見(jiàn)圖1，本實(shí)用新型所述納米薄膜材料電磁參數(shù)測(cè)試裝置，是由微波矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀1、GPIB數(shù)據(jù)采集卡2、計(jì)算機(jī)3和微帶夾具4組成，所述同軸電纜一端接微波矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀1的微波信號(hào)端口，同軸電纜另一端通過(guò)SMA連接頭連接微帶夾具4；GPIB數(shù)據(jù)采集卡2輸入端接微波矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀1的數(shù)據(jù)輸出端，GPIB數(shù)據(jù)采集卡2輸出端鏈接計(jì)算機(jī)3。

參見(jiàn)圖2～7，微帶夾具由L型底座41、上導(dǎo)帶42、可調(diào)短路片43、SMA連接頭44、屏蔽罩45和固定平臺(tái)46組成。L型底座41與SMA連接頭44用四個(gè)螺絲連接固定；上導(dǎo)帶42與SMA連接頭44中間銅芯直接焊接；上導(dǎo)帶42另一端與L型底座41用一個(gè)螺絲連接；可調(diào)短路片43與L型底座41通過(guò)中間開(kāi)槽孔用兩個(gè)螺絲進(jìn)行位置移動(dòng)固定；外加屏蔽罩45直接扣在L型底座41上面，與L型底座41共同形成一個(gè)封閉的測(cè)量空間；固定平臺(tái)47固定整個(gè)微帶線夾具。

圖8給出了測(cè)量復(fù)磁導(dǎo)率樣品放置位置。

圖9給出了測(cè)量復(fù)介電常數(shù)樣品放置位置。

圖10給出了納米薄膜電磁參數(shù)測(cè)量的復(fù)磁導(dǎo)率圖。

圖11給出了納米薄膜電磁參數(shù)測(cè)量的復(fù)復(fù)介電常數(shù)圖。

本實(shí)用新型設(shè)有微帶夾具、微波矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀、GPIB數(shù)據(jù)采集卡、計(jì)算機(jī)；所述微帶夾具由L型底座、上導(dǎo)帶、可調(diào)短路片、SMA連接頭、屏蔽罩和固定平臺(tái)構(gòu)成；L型底座由鍍銀紫銅加工制作，L型底座一端設(shè)5mm圓孔，所述圓孔用于安裝SMA連接頭，L型底座另一端設(shè)高于L型底座1mm左右的臺(tái)階，具體高度應(yīng)略低于可調(diào)短路片，以利于可調(diào)短路片與微帶線底槽和上導(dǎo)帶的良好接觸，L型底座接地；上導(dǎo)帶由PVC印刷電路板制成，長(zhǎng)度由夾具的長(zhǎng)度決定，寬5mm左右，以滿足微帶線特征阻抗50Ω的匹配要求；可調(diào)短路片由鍍銀紫銅加工制成，厚度1mm左右，兩端開(kāi)槽，中間固定螺絲，可實(shí)現(xiàn)微帶線夾具上的全覆蓋調(diào)節(jié)；SMA頭直接安裝于接地的L型底座上，該連接頭與微波矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的同軸電纜連接，將信號(hào)輸入微帶夾具，并將微帶夾具測(cè)量的反射信號(hào)傳回微波矢量網(wǎng)絡(luò)分析，被測(cè)納米薄膜放置于上導(dǎo)帶與L型底座之間，測(cè)量納米薄膜復(fù)磁導(dǎo)率時(shí)，可調(diào)短路片距底座輸入端調(diào)節(jié)為λ/4的奇數(shù)倍，被測(cè)納米薄膜樣品A位置放置緊貼可調(diào)短路片終端，此處磁場(chǎng)最強(qiáng)點(diǎn)，當(dāng)進(jìn)行納米薄膜介電常數(shù)測(cè)量時(shí)，可調(diào)短路片距離底座輸入端距離調(diào)節(jié)為λ/2的整數(shù)倍，被測(cè)納米薄膜樣品A放置位置為輸入端與可調(diào)短路片的中心位置，此處電場(chǎng)最強(qiáng)點(diǎn)；為了屏蔽外界電場(chǎng)的干擾，特別是高頻電場(chǎng)的干擾，整個(gè)微帶夾具被銅片制作的屏蔽蓋緊密覆蓋。整個(gè)微帶夾具由螺絲鎖定在固定平臺(tái)上，固定平臺(tái)由不銹鋼制成，四角裝有高度可調(diào)的支撐桿，平臺(tái)面上均勻刻上標(biāo)有刻度的一組水平線，有利于測(cè)量時(shí)永久磁鐵的定位，此外，在平臺(tái)上還鎖定兩個(gè)銅片彎曲制成的彈簧卡片，分別放置微帶夾具的終端與側(cè)面，有利于屏蔽蓋與微帶夾具的良好接觸，并提高測(cè)量效率，操作更加簡(jiǎn)便。

以下給出本實(shí)用新型的測(cè)試步驟：

1)把納米材料使用磁控濺射技術(shù)均勻?yàn)R射在硅基片上，形成約100～300nm厚的薄膜，硅基片的大小尺寸為5mm×5mm左右，厚度為0.5～1mm的小正方形或長(zhǎng)方形，或者直接由材料制成0.5～1mm厚的圓柱型樣品；

2)首先鏈接好同軸線與校準(zhǔn)件，連接好GPIB信號(hào)采集卡，打開(kāi)電腦的自動(dòng)測(cè)試軟件，對(duì)矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行誤差校準(zhǔn)，由于使用的是單端口，因此只需要進(jìn)行單端口校準(zhǔn)。完成上述校準(zhǔn)后，還要進(jìn)行端口延伸校準(zhǔn)，使用自制延伸校準(zhǔn)件進(jìn)行端口延伸校準(zhǔn)；

3)當(dāng)進(jìn)行納米薄膜復(fù)磁導(dǎo)率測(cè)量時(shí)，連接微帶夾具，通過(guò)基座中間槽孔移動(dòng)可調(diào)短路片位置，可調(diào)短路片距L型底座輸入端距離調(diào)節(jié)為λ/4的奇數(shù)倍，被測(cè)納米薄膜樣品位置放置緊貼可調(diào)短路片終端，此處磁場(chǎng)最強(qiáng)點(diǎn)；

4)打開(kāi)自行編寫的測(cè)試軟件，首先進(jìn)行空腔測(cè)量，相應(yīng)記錄一次矢量網(wǎng)路分析儀采集的數(shù)據(jù)，然后放置納米薄膜的樣品，如圖7所示，再次記錄一次數(shù)據(jù)，最后放置永久磁鐵在可刻度線上的適當(dāng)位置，再次記錄矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀采集的數(shù)據(jù)。最后通過(guò)軟件計(jì)算自動(dòng)保存和顯示復(fù)磁導(dǎo)率的掃頻測(cè)試結(jié)果；

5)當(dāng)進(jìn)行納米薄膜復(fù)介電常數(shù)測(cè)量時(shí)，連接微帶夾具，通過(guò)基座中間槽孔移動(dòng)可調(diào)短路片位置，可調(diào)短路片距離L型底座輸入端距離調(diào)節(jié)為λ/2的整數(shù)倍，被測(cè)納米薄膜樣品放置位置為矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀直流輸出短路點(diǎn)與可調(diào)短路片短路點(diǎn)的中心位置，此處電場(chǎng)最強(qiáng)點(diǎn)；

6)打開(kāi)自行編寫的測(cè)試軟件，首先進(jìn)行空腔測(cè)量，相應(yīng)記錄一次矢量網(wǎng)路分析儀采集的數(shù)據(jù)，再放置帶有納米薄膜的樣品，如圖8所示，再次記錄一次數(shù)據(jù)，最后通過(guò)軟件計(jì)算自動(dòng)保存和顯示復(fù)磁導(dǎo)率的掃頻測(cè)試結(jié)果。

如果有多個(gè)納米磁性薄膜樣品需要測(cè)量，點(diǎn)擊“Next film”進(jìn)行下一個(gè)樣品的測(cè)試，此時(shí)將自動(dòng)略去第一步空載情況的實(shí)驗(yàn)步驟，提高測(cè)試效率。測(cè)試完畢，保存文檔數(shù)據(jù)并按退出即可。