电路板介电常数测量方法

37　3大连海事大学学报Vol.37　No.320118JournalofDalianMaritimeUniversityAug.,　2011:1006-7736(2011)03-0115-05刘宏梅,房少军,王　强,赵艺娜(,　116026):总结测量及求解电路板介电常数实部的4种方法———矩形谐振腔法、开路微带线谐振法、环形微带谐振法、时域测量法,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4种求解方法开发计算软件,制作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,通过测量其时域波形求解介电常数实部的改进方法.采用AnsoftHFSS11软件进行仿真,比较了各种方法的测量结果和仿真结果.结果表明,矩形谐振腔法精度较高.:电路板;介电常数;时域测量;计算软件:TN815　　　　　:APCBdielectricconstantmeasurementmethodLIUHongmei,FANGShaojun,WANGQiang,ZHAOYina(InformationScienceandTechnologyCollege,DalianMaritimeUniversity,Dalian116026,China)Abstract:Fourmethodsincludingrectangularresonantcavitymethod,open-circuitmicrostriplinemethod,annular-ringmi-crostripresonancemethod,timedomainmeasurementmethodformeasuringandsolvingtherealpartofPCBdielectricconstantweresummarized,andthemethodsformeasuringandsolvingtangentofthelossangleofthemicrostripdielectricresonatorwerealsodiscussed.Thecalculationsoftwaresaimingatabovefoursolvingmethodsweredeveloped,andtestfixturesandmi-crowavecircuittestpanelwereproduced.Animprovedmethodwithtworootopen-circuitmicrostriplinesinsteadofonerootopen-circuitmicrostriplinewasproposed,andtherealpartofdielectricconstantwassolvedbymeasuringthetimedomainwaveform.AnsoftHFSS11simulationsoftwarewasused,andtheexperimentalandsimulationresultsofthefourmethodswerecompared.Resultshowthattherectangularcavityresonatormethodhashighprecision.Keywords:printedcircuitboard(PCB);dielectricconstant;timedomainmeasurement;calculationsoftware0　引　言,[1].,,,,.4,[2]、[3]、[4][5],,.,,,.1　介电常数求解原理ε′r=εr(1-jtanδ)(1),[6].1.1　[7],1.λ0=2ma2+nb2+pl2(2):m,n,p;λ0:2011-04-07:(61071044;0771032);(2010-329-225-030):(1989-),,,,E-mail:[e-mail]:(1957-),,,,,E-mail:[e-mail]1　.,λp=λ0εr=2ma2+nb2+pl2(3):λp;εr.(3),,.1.2　2,[3,7],LC.,Δlλ4[3].2　l+2Δl=λp·p2,p=1,2,3,4,…(4):l;λp,λp=λ0εe;εe;Δl=0.33h.εrεeεr=1+(2εe-1)1+12hw1+1+12hw(5).1.3　,3..3　π(r1+r2)=λ·pεe,p=1,2,3,4,…(6),r1,r2.(6)、(5).1.4　l,(1),,(d).εe=dl(7)　　d,(7)、(5),.1.5　.X1Q0=1Qc+1Qd(8)Qc=hu0πf0σ(9)Qd=1tanδ(10):Q0;Qc;Qd;h.tanδ.2　介电常数测量方案及实现2.1　4.0～4.8、0.8mmFR4,4.4r=26.24mm;r=13.24mm;l=54mm;l=44mm;l=60mm;l=50mm.50Ψ;116　　　　　　　　　　　　　　　　　　大连海事大学学报　　　　　　　　　　　　　第37卷　,SMAN,,d,,,:4　εe=ΔdΔl=d1-d2l1-l2(11)　　,50mm×50mm,0.8mm.5(a),5(b).5　2.2　..S21.、(3),.LC,,[8],LC.,.S21.p=1,..,,d,(7)、(5),.tanδ:,,QL=Q0.QL=f0Δf(12):Δf;f0.Pout(dB)=Pin(dB)+2S21(dB)(13)　　,,S213dB.(12)、(8),tanδ.3　相对介电常数仿真及结果分析3.1　AnsoftHFSS11,4.0～4.8(4.4),0.8mm.,S21,,.3.2　,S21,3dB(3dB);、.6S21.r=26.24mm,1.02GHz、1GHz,3dB0.022GHz;r=13.24mm,2.06GHz、1.99GHz,3dB0.04GHz.6　S217117第3期　　　　　　　　　　刘宏梅,等:电路板介电常数测量方法　　　　　　　　　　　　　　.l=54mm,1.56GHz、1.55GHz,3dB0.029GHz;l=44mm,1.89GHz、1.9GHz,3dB0.033GHz.8,l=60mmd=155mm;l=50mm,d=137mm.Δd=18mm,Δl=10mm.9S21,2.07GHz、2.02GHz.7　8　9　,VisualBasic.10—13.10　11　12　13　10.r=26.24mm,4.187、4.374;r=13.24mm,4.015、4.335.11.l=54mm,4.080、118　　　　　　　　　　　　　　　　　　大连海事大学学报　　　　　　　　　　　　　第37卷　4.139;l=44mm,4.178、4.130.12,4.200、4.411.134.27.1,2.1　mmr=26.244.1874.374r=13.244.0154.335l=544.0804.139l=444.1784.130Δl=104.271a×b=50×504.2004.4112　4.1014.35454.1294.13454.2714.24.414.175254.3　　,,,.(),,,tanδ.tanδ14、15.14　15　15、163.3　0.013550.0116850.0126175　　3,tanδ≈0.0126,,.4　结　语,.:;,;,,.(References):[1].[J].:,1997,16(2):106-108.[2].-[J].,2000,27(2):554-560.[3].[D].:,2010.[4],,,.[J].,1986,8(2):13-20.[5],,,.[J].,2007,33(2):49-52.[6].[J].,1997,12(4):22-25.[7]POZARDM.MicrowaveEngineering[M].[S.l.]:Wiley,1998.119第3期　　　　　　　　　　刘宏梅,等:电路板介电常数测量方法