[发明专利]高频介质相对介电常数测量电路、方法及离散性测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及介质基板参数测量技术领域，尤其涉及一种高频介质相对介电常数测量电路、方法及离散性测量方法。

背景技术

微波介质基板的相对介电常数ε_r是微波平面电路设计中最基本的参数，ε_r的离散直接影响微波电路的性能。现有技术通常采用谐振法测量高频介质基板相对介电常数：首先加工一个高稳定的英钢谐振腔体，将被测介质板材加工成与腔体口径相同的试样圆片，置入谐振腔体进行测量获得ε_r。然而，由于试样圆片小于1mm很难测准，因此不能加工薄了；且由于英钢谐振腔体的尺寸是固定的，因而振荡频率即测量频率也就固定了，因而，只能在单一固定频率下测量，由于ε_r是随工作频率的不同而呈现色散特性，如图1所示，上述方法不能测量出微波电路在工作频率上的真实介电常数。另外，在高频介质板材的生产过程中，也会出现板面内相对介电常数分布不均，现有测量方法不能测量这种离散，需要在现有测量系统中增加一些专用设备，导致系统复杂，成本提高。

发明内容

本发明提出了一种高频介质相对介电常数ε_r测量电路、方法及离散性测量方法，可以对任意频率、任意介质基板厚度进行测量，且不需添加任何附助设备，简单易行。

本发明提出的一种高频介质相对介电常数ε_r测量电路，包括：

金属腔体，所述金属腔体两端边缘处设置激励信源输入窗孔和激励信源输出窗孔；

网络分析仪，通过第一同轴电缆与所述金属腔体的激励信源输入窗孔连接，所述第一同轴电缆第一端的内导体连同绝缘体插入所述输入窗孔，所述内导体穿透所述金属腔体下底板形成短路状态，所述第一同轴电缆铜编织线与所述金属腔体焊接；所述第一同轴电缆第另一端接电缆头并与所述网络分析仪连接；

示波器，通过第二同轴电缆与所述金属腔体的激励信源输出窗孔连接，所述第二同轴电缆第一端的内导体连同绝缘体插入所述激励信源输出窗孔，所述内导体穿透所述金属腔体下底板形成短路状态，所述第二同轴电缆铜编织线与所述金属腔体焊接；所述第二同轴电缆另一端接电缆头并与所述示波器连接。

优选地，对于双面敷铜箔层压介质板或复合介质板，其双面所敷铜箔构成金属腔体外壳，在双面敷铜箔介质板材的四个侧面涂以导电胶形成所述金属腔体；对于粉料或其他液态测量介质，金属腔体为填装介质的金属壳体，腔体为一边开放型，填装介质后封闭腔体。

优选地，所述金属腔体的长宽高分别为a、b、h，其中腔体高度

优选地，所述内导体的直径为φ0.15mm，绝缘体的直径为φ0.41mm。

优选地，所述金属腔体中心线上距边缘3-5mm处开设窗孔。

优选地，所述窗孔的直径为φ0.42mm。

一种高频介质基板相对介电常数ε_r测量方法，包括以下步骤：

将测量频率范围设定至比工作频率稍宽，在示波器上找出第一个谐振峰，即H₁₀₁模的谐振频率，测得该谐振频率；

按公式计算填充物的ε_r，其中，c为光速，f₀为测得的H₁₀₁谐振频率，a，b为金属腔体的两个边长；

若所测谐振频率f₀偏离所需值时，将按上式计算的ε_r值作为已知数，设定金属腔体a边值后，按上式计算b边值，调整腔体V即可将谐振频率落到所需f₀，再按上式计算出在使用频率下的ε_r。

优选地，所述金属腔体的边长为有效内径。

一种高频介质基板相对介电常数ε_r离散型测量方法，包括：

将被测件视为一个填充介质的矩形谐振腔，谐振时，在金属腔体内形成驻波场，沿金属腔体边形成半波节点，其谐振波长可按下式表征：

其中a，b，h为金属腔体长、宽、高的内径尺寸，m，n，p为沿金属腔体边建立的半波数；

金属腔体的长宽高分别为a、b、h，其中腔体高度为故不能建立半波数的驻波场，故p=0；

对于基波，m=n=1，上式可简化为

除振幅最高的基波H101外，所述示波器上所显示的一系列诺振峰值频点代表了金属腔体内所激励的不同驻波数，即上式中的m=2、3、4…，n=1、2、3、4…；m，n的排列组合形成了H102、H202、H201、H203…等多种振荡模式；