【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于测量观测领域，更具体的说涉及一种覆铜板材料的微波介电常数与表界面电导率测量装置及方法。
技术介绍
1、近年来高频低损耗pcb覆铜板在毫米波无线通信和雷达传感系统中得到了广泛应用，通常用于制造微波和毫米波频率下的平面电路，如微带线、带状线及共面波导传输线等。准确测量表征不同频率下pcb基材的介电常数以及覆铜的电导率参数在设计研发微波毫米波电路、组件及系统过程中发挥关键作用。
2、在设计微波毫米波平面电路时，pcb覆铜板的关键材料参数包括复数介电常数以及覆铜的电导率。已公开报道的pcb覆铜板测量表征方法通常基于不同原理的测量装置或系统，分别实现pcb基材介电常数和覆铜电导率的测量。比如，目前采用准光开放式谐振腔或自由空间法来实现pcb基材毫米波介电特性的测试，频率可覆盖110ghz甚至更高。对于覆铜材料的电导率参数测量，目前多采用平衡圆盘谐振器或者介质杆谐振器的方法。
3、然而，这些方法存在一些局限性：1)在测量覆铜电导率前，仍然需要采用其他装置提前对基材的介电常数实部和损耗正切值进行测试。2)在电导率的计算模型中一般需要采用有限元仿真模拟的方法获得基材裸板的填充系数及谐振腔形状因子等参数。3)这些方法通常测量表征的是覆铜表面的电导率特性，无法获得覆铜与基材界面处的电导率参数。常见的pcb铜覆介质基板中，在界面处铜箔的粘接面通常较为粗糙，以保持铜箔与基板之间界面的强粘附力。在微波毫米波频率下，导体的界面粗糙度会显著降低其电导率值。对于微带线、带状线和共面线等典型的平面电路，覆铜表面电导率和介电电
4、综上所述，在微波毫米波频段，尚未有能同时测量表征pcb基材介电参数以及覆铜表界面电导率参数的测量装置和方法。针对该问题，本专利技术提出一种改进型的准光开放式谐振腔测量装置，并提出一种新的覆铜表面以及界面电导率参数测试方法，在一套测量装置中实现pcb基材介电常数和的覆铜表界面电导率参数的准确测量。该方法不需要复杂的电磁有限元仿真计算，仅需要一个表面光滑的纯铜参考样品，更适用于工程实际测量需要。
技术实现思路
1、本专利技术目的在于针对微波毫米波频段pcb覆铜板基材介电参数及覆铜电导率特性无法同时测量的难题，以及现有的覆铜电导率测试方法较为复杂等问题，提供一种基于改进的准光开放式谐振腔装置的覆铜板介电常数与表界面电导率测量方法。
2、为了实现上述目的，本专利技术是采用以下技术方案实现的：所述的测量装置包括：四端口矢量网络分析仪，准光开放式谐振腔，样品夹具以及一维位移台；
3、所述的准光开放式谐振腔由两个球面反射镜组成；每一个球面反射镜上都有两个波导或同轴耦合接口，用于电磁波信号的馈入和接收；
4、矢量网络分析仪通过微波电缆与谐振腔球面反射镜上的耦合接口相连，通过样品放入前后分别测量谐振腔的谐振频率和品质因数，计算得到材料的介电常数或电导率。
5、另一方面，一种覆铜板材料的微波介电常数与表界面电导率测量方法，所述的方法适用于如权利要求1所述的测量装置，其特征在于：所述的测量方法包括：
6、(1)pcb基材介电常数测量；
7、(2)pcb覆铜表面、界面电导率参数测量。
8、在一个方案中，所述的pcb基材介电常数测量包括：
9、步骤1：将矢量网络分析仪1，2端口与谐振腔上球面反射镜相连，设置矢量网络分析仪的起止频率、扫描点数、中频带宽，设置测量显示为传输系数模值；
10、步骤2：对谐振腔空腔进行扫频测试，识别工作谐振频点，依次测量得到空腔的谐振频率f0和谐振品质因数q0；
11、步骤3：放入材料样品，移动材料夹具位置，直到当前的谐振频率变化至最小，位置对应腔体的电学中心；测量此时的谐振频率和品质因数ql；
12、步骤4：根据下式(1)求解计算得到样品的介电常数实部εr′：
13、
14、式中：
15、d＝(d-t)/2
16、
17、式中：n为被测样品折射率，k为谐振腔内电磁波的波数；t为被测样品厚度；r0为谐振腔凹面反射镜曲率半径；d为谐振腔腔体长度。
18、在一个方案中，被测样品损耗正切值tanδ由开放式谐振腔样品加载前后品质因数的变化计算得到，计算公式如(2)：
19、
20、其中pe为基材介质的填充系数,
21、
22、其中ql为加载被测样品后谐振腔的有载品质因数；q0为空腔的有载品质因数。
23、在一个方案中，所述的pcb覆铜表面、界面电导率参数测量包括：
24、步骤1：将矢量网络分析仪1，2端口与谐振腔上球面反射镜相连，设置矢量网络分析仪的起止频率、扫描点数、中频带宽，设置测量显示为传输系数模值；
25、步骤2：对谐振腔空腔进行扫频测试，识别工作谐振频点，依次测量得到空腔的谐振频率f0和谐振品质因数q0；
26、步骤3：放入参考纯铜平板样品，移动材料夹具位置，使得当前谐振频率与步骤2中空腔谐振频率相等，测量此时的品质因数qref；
27、步骤4：按放置pcb覆铜板样品在夹具中心，重新移动材料夹具位置，使得当前谐振频率与步骤2中空腔谐振频率相等，测量此时的品质因数qs；计算覆铜的表面电导率σs；
28、步骤5：矢量网络分析仪的1、2端口连接上球面镜耦合接口，3、4端口连接下球面镜耦合接口，样品从上到下分别为pcb基材裸板和pcb覆铜板；移动材料夹具位置，使得1，2端口测得的谐振频率与步骤2中空腔谐振频率相等，测量此时的品质因数qup；
29、步骤6：移动材料夹具位置，使得矢量网络分析仪3，4端口测得的谐振频率与步骤2中空腔谐振频率相等，测量此时的品质因数qdown。
30、在一个方案中，所述的覆铜的表面电导率σs计算方式如下：
31、
32、式中：σref为参考纯铜样品的电导率。
33、在一个方案中，所述的测量此时的品质因数qup，采用以下方程(4)：
34、
35、式中：为参考纯铜样品的表面电阻，μ为真空磁导率，pe和tanδ分别为pcb基材的填充系数和损耗正切值，gplane为纯铜平板样品处的形状因子。
36、在一个方案中，所述的测量此时的品质因数qdown，采用以下方程(5)
37、
38、式中：为覆铜界面电阻，σint为界面电导率；
39、联立方程(4)和方程(5)，计算得到覆铜界面电阻rint,进而计算得到界面电导率σint。
40、本专利技术有益效果：
41、本专利技术通过在谐振腔反射镜上各加工两个用于发射和接收电磁波的耦合接口，实现了一套装置能兼容双凹谐振腔和平凹谐振腔两本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种覆铜板材料的微波介电常数与表界面电导率测量装置，其特征在于：所述的测量装置包括：四端口矢量网络分析仪，准光开放式谐振腔，样品夹具以及一维位移台；
2.一种覆铜板材料的微波介电常数与表界面电导率测量方法，所述的方法适用于如权利要求1所述的测量装置，其特征在于：所述的测量方法包括：
3.根据权利要求2所述的一种覆铜板材料的微波介电常数与表界面电导率测量方法，其特征在于：所述的PCB基材介电常数测量包括：
4.根据权利要求3所述的一种覆铜板材料的微波介电常数与表界面电导率测量方法，其特征在于：被测样品损耗正切值tanδ由开放式谐振腔样品加载前后品质因数的变化计算得到，计算公式如(2)：
5.根据权利要求2所述的一种覆铜板材料的微波介电常数与表界面电导率测量方法，其特征在于：所述的PCB覆铜表面、界面电导率参数测量包括：
6.根据权利要求5所述的一种覆铜板材料的微波介电常数与表界面电导率测量方法，其特征在于：所述的覆铜的表面电导率σs计算方式如下：
7.根据权利要求5所述的一种覆铜板材料的微波介电常数与表界面
8.根据权利要求5所述的一种覆铜板材料的微波介电常数与表界面电导率测量方法，其特征在于：所述的测量此时的品质因数Qdown，采用以下方程(5)
...【技术特征摘要】
1.一种覆铜板材料的微波介电常数与表界面电导率测量装置，其特征在于：所述的测量装置包括：四端口矢量网络分析仪，准光开放式谐振腔，样品夹具以及一维位移台；
2.一种覆铜板材料的微波介电常数与表界面电导率测量方法，所述的方法适用于如权利要求1所述的测量装置，其特征在于：所述的测量方法包括：
3.根据权利要求2所述的一种覆铜板材料的微波介电常数与表界面电导率测量方法，其特征在于：所述的pcb基材介电常数测量包括：
4.根据权利要求3所述的一种覆铜板材料的微波介电常数与表界面电导率测量方法，其特征在于：被测样品损耗正切值tanδ由开放式谐振腔样品加载前后品质因数的变化计算得到，计算...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐浩，梁伟军，韩雨桐，贾超，李红延，
申请(专利权)人：中国计量科学研究院，
类型：发明
国别省市：
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