基本信息
- 项目名称：
- 电路板介电常数测量方法的研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 本文总结了测量及求解电路板介电常数实部的四种方法，讨论了微带介质谐振器损耗角正切的测量及求解方法，提出用两根开路微带线代替一根开路微带线，通过测量它们的时域波形求解介电常数实部的改进方法。最后用Ansoft HFSS11软件进行了仿真。通过仿真与测量结果的比较得出矩形谐振腔精度较高的结论。
- 详细介绍：
- 总结了测量及求解电路板介电常数实部的四种方法，讨论了微带介质谐振器损耗角正切的测量及求解方法，针对四种求解方法开发了计算软件，制作了测试夹具及微波电路测试板，提出用两根开路微带线代替一根开路微带线，通过测量它们的时域波形求解介电常数实部的改进方法。为说明各种方法的可行性，采用Ansoft HFSS11软件进行了仿真。最后比较了各种方法的测量结果、仿真结果，并将测量结果与仿真结果进行比较，得出矩形腔谐振法精度较高的结论。
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撰写目的和基本思路
- 目的：更精确的提取电路板的介电常数。 基本思路：总结测量及求解电路板介电常数的不同方法，在此基础上寻求改进方法；制作测试夹具及微波电路测试板，开发计算软件；采用Ansoft HFSS11软件进行仿真，并将测量结果与仿真结果比较，确定精度较高的方法。
科学性、先进性及独特之处
- 1、根据实验条件对时域测量法进行了改进：用两根微带线代替一根微带线进行时域测量，求解介电常数。 2、制作了测试夹具系统及微波电路测试版，比较各种实际测量结果、各种仿真结果，并将测量结果与仿真结果比较，得出精度较高的方法。 3、针对不同的测量方法开发了计算软件。
应用价值和现实意义
- 在微波器件的设计与制作中,电路板的介电常数是设计电路依据的最基本参数。但是在实际工作中,电路板的介电常数与厂家提供的介电常数之间有些误差，使电路的实现达不到最佳化。该作品通过比较各种测量及求解介电常数的实验及仿真结果，选择出最方便，最精确的测量及求解介电常数的方法，供设计微波电路者使用，提高微波器件的性能。该方法已应用在国家自然科学基金项目（60771032）中。
学术论文摘要
- 总结了测量及求解电路板介电常数实部的四种方法，讨论了微带介质谐振器损耗角正切的测量及求解方法，针对四种求解方法开发了计算软件，制作了测试夹具及微波电路测试板，提出用两根开路微带线代替一根开路微带线，通过测量它们的时域波形求解介电常数实部的改进方法。为说明各种方法的可行性，采用Ansoft HFSS11软件进行了仿真。最后比较了各种方法的测量结果、仿真结果，并将测量结果与仿真结果进行比较，得出矩形腔谐振法精度较高的结论。
获奖情况
- 无（已向某学报提交申请）
鉴定结果
- 无
参考文献
- [1]蔡树榛.测量介电常数的一种方法[J]. 复旦学报(自然科学版).1997,(02). [2]倪尔瑚.用谐振腔-截止波导技术测量介质谐振器的复介电常数[J].微波学报.2000. [3]董成玲.微波介质基板复介电常数测量分析[D].南京理工大学.2010. [4]郑伯群，刘克成，尹家贤，.宋学诚，刘坚.微带线有效介电常数测量方法[J].国防科技大学学报.1986. [5]David M.Pozar. Microwave Engineering. by John Wiley & Sons.Inc.1998 [6]SergeyN.Dudorov,DmitriV.Lioubtchenko,Juha A.Mallat.Two differential open resonator techniques for measuring dielectric constants of thin films on substrates[J].IEEE Transactions on Information Theory.2008. [7]KAMAL SARABANDI ，FAWWAZ T. ULABY.Technique for Measuring the Dielectric Constant of Thin Materials.IEEE TRANSACTIONS ON INSTRUMENTATION AND MEASUREMENT, VOL. 31, NO. 4, DECEMBER 1988
同类课题研究水平概述
- 近年来国内外对于电路板介电常数的求解方法有许多，但主要的方法归结为谐振法、传输线终端短路法、时域法、传输法等。 谐振法是通过测试谐振腔的谐振频率、品质因数等计算出材料的复介电常数。其优点是测试准确度高，尤其适用于低耗材料的损耗测试。缺点是其测试往往在某一个频率点，因此测试频带有限。具体有如下几种实现方法: (a)圆柱形高Q腔法 该法采用圆柱形谐振腔的TE01n模，被测样品加工成圆形片状置入腔内，通过测出的加载前后的谐振频率和品质因数计算出复介电常数。该方法利用了腔的高Q值，因此测试准确度较高，通常作为国家计量部门的计量标准。但由于样品要求高，因此工业使用少。 (b)谐振腔微扰法 该法通常采用较小介电常数的被测介质材料置入谐振腔，对强内场作微小扰 通过对谐振腔的测量，可得材料的复介电常数。该法由于样品简单，因此工业上使较多。但扰动较大时，将会出现较大的测量误差。 (c)微带谐振器法 该法通常将被测材料作为环状微带谐振器的衬底，对其谐振频率和品质因数进测量得出介电常数。 传输线终端短路法是将被测样品加工成可嵌入波导或同轴线内填满终端，然后终端用金属片路。入射的波经被测介质反射后对低耗材料的损耗反应灵敏度低，损耗误差较大。 时域法是由时域网络分析仪产生一定形状的波形，使该波含有丰富的谐波，这些谐波经被测介质材料的反射和传播，对反射信号和传输信号进行检测，以得到材料的电参数。 传输法该法是将被测材料置于测试系统中的适当位置作为双口网络，测量此双口网络的s参数，从而推算出其复介电常数。
