CN101013146A - 高频微波印制板相对介电常数εr测试方法 - Google Patents

Abstract

一种高频微波印制板相对介电常数ε_r测试方法，主要特点在于：所述的测试方法的测试步骤如下：(一)测试高频微波印制板的下列参数：(1)调节参数测试仪的工作频率为10KHz，测试高频微波印制板的电容C(PF)，(2)测出高频微波印制板的面积A(cm²)，(3)测出高频微波印制板的介质厚度d(cm)，(4)测出高频微波印制板边沿的周长l(cm)；(二)计算高频微波印制板的相对介电常数ε_r：将步骤(一)中的(1)、(2)、(3)和(4)步骤所测量的电容C(PF)、面积A(cm²)、介质厚度d(cm)和边沿的周长l(cm)代入：式中，计算出高频微波印制板相对介电常数ε_r。

Description

高频微波印制板相对介电常数εr测试方法

技术领域

本发明涉及物理部的测量或测试领域，尤其涉及电变量的测试领域，更为具体地讲，本发明涉及一种高频微波印制板相对介电常数ε_r的测试方法。在国际专利分类表中，本发明应分为G01R小类。

背景技术

目前，测试固体介质材料的方法有谐振测频法，微波扰动法和电容比较法。

所谓谐振测频法是将1块矩形介质的每边都进行金属化处理，使之构成一个谐振腔，然后在矩形腔上钻一穿透介质的小孔，用网络分析仪的探针插入其中测出其谐振频率f，因为谐振频率f与材料的介电常数具有一定的函数关系，再经过修正后最终可以计算出相对介电常数ε_r。在该方法中，所选择的矩形腔要能构成TE₁₀₁谐振模式，并能提取出谐振频率和品质因数Q，而且谐振模式的指数(指TE₁₀₁)不随基片厚度变化。

微波扰动法是采用微波扰动理论进行测试和计算的，它是先测出一空腔谐振器的谐振频率和有关电磁场参数，然后将一小块介质材料放入谐振腔中，比较其谐振频率和有关电磁场参数的变化再计算出相对介电常数ε_r。所需测量仪器是价格昂贵的微波网络分析仪。

电容比较法，是分别测出空气平板电容器和填充有介质情况下的相同平板电容器的电容C_o和C_x，再通过修正，则有修正公式：

${\mathrm{\ϵ}}_r=\frac{C_x-C_e}{C_o},---\left(1\right)$

式中C_e的值与电容器的形状有关。

发明内容

本发明的目的在于：针对已有技术的不足，提供与板材几何形状无关的，而只与高频微波印制板的电容、面积、介质厚度和和边沿周长有关的，经济实用、准确度高、误差小的一种高频微波印制板相对介电常数ε_r的测试方法。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：

所述的相对介电常数ε_r测试方法的测试步骤如下：

(一)测试高频微波印制板的下列参数：

(1).调节参数测试仪的工作频率为10KHz，测试高频微波印制板的电容C(PF)，

(2).测出高频微波印制板的面积A(cm²)，

(3).测出高频微波印制板的介质厚度d(cm)，

(4).测出高频微波印制板边沿的周长l(cm)；

(二)计算高频微波印制板的相对介电常数ε_r：

将步骤(一)中的(1)、(2)、(3)和(4)步骤所测量的电容C(PF)、面积A(cm²)、介质厚度d(cm)和边沿的周长l(cm)代入：

${\mathrm{\ϵ}}_r=\frac{C}{0.0885A/d+0.04425l[\ln (8l/d)-1]}$ 式中，(2)

计算出高频微波印制板相对介电常数ε_r。

由于本发明采用了上述的技术方案，所述的高频微波印制板相对介电常数ε_r只与高频微波印制板的电容、面积、介质厚度和和边沿周长有关，而与板材几何形状无任何关系，因此，本测试方法的测试步骤相当简单，测试速度快、工作效率高、经济实用；此外，由于本测试方法设计的科学合理，因此，其准确度相当高，误差也很小。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进一步说明：根据已有技术的启示，发明人在其基础上推出高频微波印制板相对介电常数ε_r的表达式如下：

${\mathrm{\ϵ}}_r=\frac{C}{0.0885A/d+0.04425l[\ln (8l/d)-1]},$

式中：C＝高频微波印制板的电容(PF)，

A＝高频微波印制板的面积(cm²)，

d＝高频微波印制板的介质厚度(cm)，

l＝高频微波印制板的边缘周长(cm)。

由上可知，可以通过常规的电容、面积、厚度和边沿周长这些公知的测试知识来测试出高频微波印制板相对介电常数ε_r了。更为具体地讲，所述的相对介电常数测试方法的测试步骤如下：(一)调节参数测试仪的工作频率为10KHz，测试高频微波印制板的下列参数：(1).测试高频微波印制板的电容C(PF)，(2).测出高频微波印制板的面积A(cm²)，(3).测出高频微波印制板的介质厚度d(cm)，(4).测出高频微波印制板边沿的周长l(cm)；(二)计算高频微波印制板的相对介电常数ε_r：将步骤(一)中的(1)、(2)、(3)和(4)步骤所测量的电容C(PF)、面积A(cm²)、介质厚度d(cm)和边沿的周长l(cm)代入：

${\mathrm{\ϵ}}_r=\frac{C}{0.0885A/d+0.04425l[\ln (8l/d)-1]}$ 式中，

就可以计算出高频微波印制板相对介电常数ε_r了。

在具体实施例中，通过本方法，对10种厚度和材料不同的高频微波印制板的相对介电常数进行了测试，并与供应商提供的数据进行了比较，列表1如下：

表1：用本发明测出材料和厚度不同的高频微波印制板相对介电常数并与供应商通过的数据进行比较

序号	型号	面积A(cm2)	周长l(cm)	厚度d(cm)	电容值C(PF)	实测介电常数εr	供应商提供εr数据	相对误差
									1	F4-BK-2	2662.55	206.4	0.097	6587	2.63	2.65	-0.75％
2	F4-B-2	2487.12	199.6	0.077	7650	2.60	2.65	-1.9％
									3	F4-BM-2	3398.4	233.2	0.157	5014	2.50	2.55	-2.0％
4	Ro4003	2809.08	214.2	0.077	11155	3.37	3.38	-0.3％
									5	F4-B-2	3109.99	224	0.023	3694	2.54	2.55	-0.4％
6	F4-B-2	2320.47	193.6	0.155	3542	2.54	2.55	-0.4％
									7	F4-B-2	2600.99	204	0.023	26490	2.62	2.65	-1.1％
8	F4-BM-2	2001.24	187.8	0.073	6555	2.62	2.65	-1.1％
									9	F4-B-2	2626.54	205	0.024	21702	2.22	2.23	-0.4％
10	F4-BK-2	2616.32	204.6	0.073	11231	3.45	3.50	-1.4％

测试电容的参数测试仪的工作频率为10KHz。从表中看出，在本发明十个实施例中，所测出的高频微波印制板的相对介电常数ε_r数据与供应商提供的数据非常接近，在这10种情况的测试中，误差均出在小数点后第2位上，以供应商提供的数据为基准计算我们得到的最大相对误差为-2.0％，最小的为-0.3％。这样小的相对误差范围对工程应用来说，是可以忽略不计的。同时供应商本身提供的数据也存在一定的误差范围，相对误差这样小，难以分别谁的数据准确。

此外，还可以计算阻抗和波长随着相对介电常数ε_r的变化到底有多大变化。根据传输线理论，传输线的阻抗和导波长都与介电常数的平方根成反比，其关系式如下：

$Z=Z_{\mathrm{are}}/\sqrt{{\mathrm{\ϵ}}_r}---\left(3\right)$

${\mathrm{\λ}}_g=\mathrm{\λ}/\sqrt{{\mathrm{\ϵ}}_r}---\left(\text{4}\right)$

式中，Z_are为空气介质时的阻抗，λ是真空中的波长。由此可以得出阻抗和导波长随介电常数的变化为：

$\mathrm{\ΔZ}=-\frac{Z_{\mathrm{are}}}{2}{{\mathrm{\ϵ}}_r}^{-3/2}{\mathrm{\Δ\ϵ}}_r=-\frac{{\mathrm{Z\Δ\ϵ}}_r}{{2\mathrm{\ϵ}}_r}---\left(5\right)$

${\mathrm{\Δ\λ}}_g=-\frac{\mathrm{\λ}}{2}{{\mathrm{\ϵ}}_r}^{-3/2}{\mathrm{\Δ\ϵ}}_r=-\frac{{\mathrm{\λ}}_g{\mathrm{\Δ\ϵ}}_r}{{2\mathrm{\ϵ}}_r}---\left(6\right)$

把表1中最大相对误差-2.0％带入(5)和(6)式中，分别得到ΔZ＝Z/100和Δλ_g＝λ_g/100，阻抗和波长分别只变化了百分之一。以通常50欧姆系统来讲，阻抗只增加了0.5欧姆，驻波系数仅为1.01；对与波长(或频率)有关的高频微波电路来讲，通常窄带的带宽为5％，波长或频率变化1％对其性能基本上不会有影响。

最后，我们还对高频微波印制板在不同形状下测其相对介电常数ε_r，以进一步验证(2)式的准确性。在具体实施例中：(1)对一个厚度为0.02cm，长度为40cm，宽度为36cm的由供应商提供的相对介电常数ε_r为2.65的高频微波印制板进行了测试；(2)然后在两窄边(36cm)处分别挖去两块，这两块对应的面积分别为9.2cm×9cm和9cm×8.6cm，第二次测其相对介电常数；(3)接着，在如前所述已经挖去两块的基础上，再在中央处挖去一块，其面积为9cm×9cm，第三次测其相对介电常数。将其测试结果列于表2。从表2中看出，在三种不同几何形状情况下，其面积和周长都有了明显的变化，但本发明所测的相对介电常数很接近，与供应商提供的数据比较，其相对误差在1.5％内，是十分准确的。

上述实施例进一步表明：高频微波印制板的相对介电常数ε_r仅与板材

表2：相同印制板不同形状下ε_r的测试结果与供应商所提供的ε_r数据比较表(测试电容的参数测试仪的工作频率为10KHz.)

序号	型号	面积A(cm2)	周长l(cm)	厚  度d(cm)	电容值C(PF)	实测介电常数εr	供应商提供εr数据	相对误差
									1	F4-B-2	1440	152	0.02	17308	2.69	2.65	+1.5％
2	同上	1279.8	187.6	同上	15450	2.69	同上	+1.5％
									3	同上	1198.8	223.6	同上	14309	2.64	同上	-0.37％

的电容、面积、周长和厚度有关，而与板材几何形状无关，这一特性明显扩大了本发明的应用范围。

Claims (1)

1.一种高频微波印制板相对介电常数ε_r测试方法，其特征在于：所述的介电常数ε_r测试方法的测试步骤如下：

(一)测试高频微波印制板的下列参数：

(1).调节参数测试仪的工作频率为10KHz，测试高频微波印制板的电容C(PF)，

(2).测出高频微波印制板的面积A(cm²)，

(3).测出高频微波印制板的介质厚度d(cm)，

(4).测出高频微波印制板边沿的周长l(cm)；

(二)计算高频微波印制板的相对介电常数ε_r：

将步骤(一)中的(1)、(2)、(3)和(4)步骤所测量的电容C(PF)、面积A(cm²)、介质厚度d(cm)和边沿的周长l(cm)代入：

${\mathrm{\ϵ}}_r=\frac{C}{0.0885A/d+0.04425l[\ln (8l/d)-1]}$ 式中，

计算出高频微波印制板相对介电常数ε_r。