[发明专利]一种提取微波介质基板宽带连续介电特性的表征方法

说明书

本发明公开了一种提取微波介质基板宽带连续介电特性的表征方法，该方法结构简单，仅由两条不同长度直线构成的微波结构组成测试装置，通过比较两条直接结构的传输散射参数的相位和幅度，能够分别实现介质基板的介电常数和介质损耗正切值的推导。该方法同时考虑了结构的导体损耗和辐射损耗，能够高精度地反演介质损耗正切值。本发明相比于现有技术，如波级联矩阵算法，更为简单。该方法不仅适用于不接地共面波导结构，对于微带线、带状线、基片集成波导等结构也同样适用。该方法可以在一定程度上缓解由于微波连接器焊接和器件制造引起的误差，得到准确且连续的宽频带介质基板介电特性。

技术领域

本发明属于介质基板介电特性参数提取测试技术，具体涉及一种提取微波介质基板宽带连续介电特性的表征方法。

背景技术

在设计微波器件之前，准确了解所用衬底介质基板材料的介电性能，特别是其介电常数是至关重要的。然而，大多数印刷电路板(Printed Circuit Board,PCB板)制造商通常只提供单一频率的介电性能信息，例如在1GHz。因此，如果在设计过程中使用了不准确的介电信息，任何介电常数偏差都可能导致频率偏移。此外，现代用于微波段的电介质不仅限于传统的硬陶瓷层压板，而且还包括非传统的柔性材料，如织物基材和新开发的电介质基板材料。因此，准确表征材料的介电性能具有重要的意义，因而自然受到了广泛的关注。

一般来说，测量微波频率下介质基板材料性能的方法和技术有很多种，但没有一种方法和技术适用于整个频谱中所有不同类型的基片材料。测量技术必须根据被测材料所估计的介电性能来选择，例如材料的尺寸和状态、所需的提取精度、处理的简单性、感兴趣的带宽以及所需类型的测试设备。基于带宽，材料表征技术可分为两大类，即宽带测量和窄带测量。

窄带测量主要依赖于具有更精确结果的谐振腔，但仅限于在离散谐振频率处获取介质基板介电性能。宽带技术通常基于在具有非共振结构内传播的电磁波的复杂传输和/或反射系数。宽带测量技术的优点是，它可以获得宽频带材料特性，但通常具有相对较低的提取精度。宽带测量技术主要有两种：基于导波结构的测量技术和基于空间波结构的测量技术。

然而，目前存在的一些基于导波结构的测量技术存在一定的不足。例如，介电材料需要被填充在同轴传输线中，虽然这些传输线被广泛使用，但是很昂贵，而且测量时间很长。此外，通常采用的波级联矩阵算法，由于其他部分损耗的影响，提取精度有待进一步提高。最后，在微带线或共面波导结构中，类似的采用多线方法还没有充分深入的研究。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术基于导波结构的介电特征测量不足问题，本发明提供一种提取微波介质基板宽带连续介电特性的表征方法。

技术方案：一种提取微波介质基板宽带连续介电特性的表征方法，所述方法基于两条不同长度的直线波导结构，然后通过作差比较两条直线结构的传输散射参数的相位和幅度，分别推导和计算出介质基板的介电常数和介质损耗正切值。

进一步的，所述方法包括如下步骤：

(1)基于长度不同的直线波导结构分别组建测试装置，所述测试装置中直线波导结构的两端设有高频微波连接器，通过一组高频微波连接器固定待测材料的两端，所述待测材料表面附有金属铜；

(2)根据测试装置的设计参数，利用矢量网络分析仪对两直线分别进行测试，得到两者的传输散射参数S₁₂的幅值和相位；

(3)对测试所得的长线和短线波导的散射参数相位做差，得到的值并计算有效介电常数ε_eff和介质基板的介电常数ε_r；

(4)对测试所得的长线和短线的散射参数幅值做差，计算结构总的损耗α_t，导体损耗α_c，辐射损耗α_r，介质损耗α_d和介质基板介质损耗正切tanδ，具体如下：