CN106018973A - 一种微带测试纳米薄膜微波电磁参数装置 - Google Patents

Abstract

一种微带测试纳米薄膜微波电磁参数装置，涉及材料电磁参数的检测。设有微带夹具、微波矢量网络分析仪、GPIB数据采集卡、计算机；微带夹具由L型底座、上导带、可调短路片、SMA连接头、屏蔽罩和固定平台构成；L型底座一端设圆孔，另一端设台阶；可调短路片两端开槽；SMA连接头安装于L型底座上，SMA连接头与微波矢量网络分析仪的同轴电缆连接，被测纳米薄膜样品放置位置为输入端与可调短路片的中心位置；微带夹具锁定在固定平台上，固定平台的四角装有高度可调的支撑杆，固定平台面上均匀刻上标有刻度的一组水平线，在固定平台上锁定两片弹簧卡片，两片弹簧卡片分别放置在微带夹具的终端与侧面。测量精确、无损伤、操作简便。

Description

一种微带测试纳米薄膜微波电磁参数装置

技术领域

本发明涉及一种材料电磁参数的检测，具体是涉及一种微带测试纳米薄膜微波电磁参数装置。

背景技术

随着电子信息技术的飞速发展，电子元器件的工作频率和集成度不断提高，作为电子元器件关键组成部分之一的电磁元器件必然要向微型化、集成化、高频化方向发展。近年来,高频电磁薄膜材料吸引了大量的关注,由于他们在集成和小型化电磁场巨大的应用潜力，如薄膜电感器、变压器和磁传感器。与体材料相比,高频电磁薄膜材料更有希望成为核心材料，由于其相对体积小,低矫顽力(Hc)、高渗透率(m)、高电阻率(ρ)和适当的面内单轴各向异性磁场。对纳米薄膜材料而言，复磁导率和复介电常数是表征材料电磁特性的重要参数，是决定纳米薄膜材料适用性的重要因素之一。因此准确的测量薄膜的电磁参量已变得更为重要。

由于纳米薄膜厚度太薄体积太小，导致灵敏度大大降低，给测量带来很大困难，国内外测量纳米薄膜材料的电磁参数主要方法有谐振腔法、双线圈法和传输/反射法。谐振腔法虽然测试精度高，操作简单，但是只能进行点频测量，测量正确性和稳定性不能得到保证。双线圈法受周围电磁场干扰很大，误差增加，结构复杂，不易加工，灵敏度低。传输/反射法可以分为同轴型、矩形波导型、带线型和微带型，是目前测量电磁参数应用最广泛的方法之一，其中微带型测量精度高，模具加工简单，测量频率宽，可靠性好，是目前国内外研究的热点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微带测试纳米薄膜微波电磁参数装置。

本发明设有微带夹具、微波矢量网络分析仪、GPIB数据采集卡、计算机；所述微带夹具由L型底座、上导带、可调短路片、SMA连接头、屏蔽罩和固定平台构成；L型底座一端设圆孔，所述圆孔用于安装SMA连接头，L型底座另一端设台阶，L型底座接地；上导带由PVC印刷电路板制成，可调短路片由镀银紫铜加工制成，可调短路片两端开槽，中间固定螺丝，可实现微带线夹具上的全覆盖调节；SMA连接头安装于L型底座上，SMA连接头与微波矢量网络分析仪的同轴电缆连接，将信号输入微带夹具，并将微带夹具测量的反射信号传回微波矢量网络分析，被测纳米薄膜放置于上导带与L型底座之间，测量纳米薄膜复磁导率时，可调短路片距底座输入端调节为λ/4的奇数倍，被测纳米薄膜样品位置放置紧贴可调短路片终端，当进行纳米薄膜介电常数测量时，可调短路片距离底座输入端距离调节为λ/2的整数倍，被测纳米薄膜样品放置位置为输入端与可调短路片的中心位置；微带夹具被屏蔽盖紧密覆盖,微带夹具由螺丝锁定在固定平台上，固定平台的四角装有高度可调的支撑杆，固定平台面上均匀刻上标有刻度的一组水平线，用于测量时永久磁铁的定位，在固定平台上锁定两片弹簧卡片，所述两片弹簧卡片分别放置在微带夹具的终端与侧面。

由此可见，本发明提供了一种精确、无损伤、操作简便的纳米薄膜电磁参数测量装置。适用于科研单位及工厂企业。

附图说明

图1为本发明所述纳米薄膜微波电磁参数测量装置的结构组成示意图。

图2为微带夹具结构的主视图。

图3为微带夹具结构的侧视图。

图4为微带夹具结构的立体示意图。

图5为屏蔽罩立体示意图。

图6为固定平台立体示意图。

图7为微带夹具结构分解示意图。

图8为测量磁导率样品位置放置。

图9为测量介电常数样品位置放置。

图10为测量纳米薄膜材料的复磁导率图。

图11为测量纳米薄膜材料的复介电常数图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

参见图1，本发明所述纳米薄膜材料电磁参数测试装置，是由微波矢量网络分析仪1、GPIB数据采集卡2、计算机3和微带夹具4组成，所述同轴电缆一端接微波矢量网络分析仪1的微波信号端口，同轴电缆另一端通过SMA连接头连接微带夹具4；GPIB数据采集卡2输入端接微波矢量网络分析仪1的数据输出端，GPIB数据采集卡2输出端链接计算机3。

参见图2～7，微带夹具由L型底座41、上导带42、可调短路片43、SMA连接头44、屏蔽罩45和固定平台46组成。L型底座41与SMA连接头44用四个螺丝连接固定；上导带42与SMA连接头44中间铜芯直接焊接；上导带42另一端与L型底座41用一个螺丝连接；可调短路片43与L型底座41通过中间开槽孔用两个螺丝进行位置移动固定；外加屏蔽罩45直接扣在L型底座41上面，与L型底座41共同形成一个封闭的测量空间；固定平台47固定整个微带线夹具。

图8给出了测量复磁导率样品放置位置。

图9给出了测量复介电常数样品放置位置。

图10给出了纳米薄膜电磁参数测量的复磁导率图。

图11给出了纳米薄膜电磁参数测量的复复介电常数图。

本发明设有微带夹具、微波矢量网络分析仪、GPIB数据采集卡、计算机；所述微带夹具由L型底座、上导带、可调短路片、SMA连接头、屏蔽罩和固定平台构成；L型底座由镀银紫铜加工制作，L型底座一端设5mm圆孔，所述圆孔用于安装SMA连接头，L型底座另一端设高于L型底座1mm左右的台阶，具体高度应略低于可调短路片，以利于可调短路片与微带线底槽和上导带的良好接触，L型底座接地；上导带由PVC印刷电路板制成，长度由夹具的长度决定，宽5mm左右，以满足微带线特征阻抗50Ω的匹配要求；可调短路片由镀银紫铜加工制成，厚度1mm左右，两端开槽，中间固定螺丝，可实现微带线夹具上的全覆盖调节；SMA头直接安装于接地的L型底座上，该连接头与微波矢量网络分析仪的同轴电缆连接，将信号输入微带夹具，并将微带夹具测量的反射信号传回微波矢量网络分析，被测纳米薄膜放置于上导带与L型底座之间，测量纳米薄膜复磁导率时，可调短路片距底座输入端调节为λ/4的奇数倍，被测纳米薄膜样品A位置放置紧贴可调短路片终端，此处磁场最强点，当进行纳米薄膜介电常数测量时，可调短路片距离底座输入端距离调节为λ/2的整数倍，被测纳米薄膜样品A放置位置为输入端与可调短路片的中心位置，此处电场最强点；为了屏蔽外界电场的干扰，特别是高频电场的干扰，整个微带夹具被铜片制作的屏蔽盖紧密覆盖。整个微带夹具由螺丝锁定在固定平台上，固定平台由不锈钢制成，四角装有高度可调的支撑杆，平台面上均匀刻上标有刻度的一组水平线，有利于测量时永久磁铁的定位，此外，在平台上还锁定两个铜片弯曲制成的弹簧卡片，分别放置微带夹具的终端与侧面，有利于屏蔽盖与微带夹具的良好接触，并提高测量效率，操作更加简便。

以下给出本发明的测试步骤：

1)把纳米材料使用磁控溅射技术均匀溅射在硅基片上，形成约100～300nm厚的薄膜，硅基片的大小尺寸为5mm×5mm左右，厚度为0.5～1mm的小正方形或长方形，或者直接由材料制成0.5～1mm厚的圆柱型样品；

2)首先链接好同轴线与校准件，连接好GPIB信号采集卡，打开电脑的自动测试软件，对矢量网络分析仪进行误差校准，由于使用的是单端口，因此只需要进行单端口校准。完成上述校准后，还要进行端口延伸校准，使用自制延伸校准件进行端口延伸校准；

3)当进行纳米薄膜复磁导率测量时，连接微带夹具，通过基座中间槽孔移动可调短路片位置，可调短路片距L型底座输入端距离调节为λ/4的奇数倍，被测纳米薄膜样品位置放置紧贴可调短路片终端，此处磁场最强点；

4)打开自行编写的测试软件，首先进行空腔测量，相应记录一次矢量网路分析仪采集的数据，然后放置纳米薄膜的样品，如图7所示，再次记录一次数据，最后放置永久磁铁在可刻度线上的适当位置，再次记录矢量网络分析仪采集的数据。最后通过软件计算自动保存和显示复磁导率的扫频测试结果；

5)当进行纳米薄膜复介电常数测量时，连接微带夹具，通过基座中间槽孔移动可调短路片位置，可调短路片距离L型底座输入端距离调节为λ/2的整数倍，被测纳米薄膜样品放置位置为矢量网络分析仪直流输出短路点与可调短路片短路点的中心位置，此处电场最强点；

6)打开自行编写的测试软件，首先进行空腔测量，相应记录一次矢量网路分析仪采集的数据，再放置带有纳米薄膜的样品，如图8所示，再次记录一次数据，最后通过软件计算自动保存和显示复磁导率的扫频测试结果。

如果有多个纳米磁性薄膜样品需要测量，点击“Next film”进行下一个样品的测试，此时将自动略去第一步空载情况的实验步骤，提高测试效率。测试完毕，保存文档数据并按退出即可。

Claims (1)

1.一种微带测试纳米薄膜微波电磁参数装置，其特征在于设有微带夹具、微波矢量网络分析仪、GPIB数据采集卡、计算机；所述微带夹具由L型底座、上导带、可调短路片、SMA连接头、屏蔽罩和固定平台构成；L型底座一端设圆孔，所述圆孔用于安装SMA连接头，L型底座另一端设台阶，L型底座接地；上导带由PVC印刷电路板制成，可调短路片由镀银紫铜加工制成，可调短路片两端开槽，中间由螺丝固定；SMA连接头安装于L型底座上，SMA连接头与微波矢量网络分析仪的同轴电缆连接，将信号输入微带夹具，并将微带夹具测量的反射信号传回微波矢量网络分析，被测纳米薄膜放置于上导带与L型底座之间，当测量纳米薄膜复磁导率时，可调短路片距底座输入端调节为λ/4的奇数倍，被测纳米薄膜样品位置放置紧贴可调短路片终端；当进行纳米薄膜介电常数测量时，可调短路片距离底座输入端距离调节为λ/2的整数倍，被测纳米薄膜样品放置位置为输入端与可调短路片的中心位置；微带夹具被屏蔽盖紧密覆盖,微带夹具由螺丝锁定在固定平台上，固定平台的四角装有高度可调的支撑杆，固定平台面上刻上标有刻度的一组水平线，用于测量时永久磁铁的定位，在固定平台上锁定两片弹簧卡片，所述两片弹簧卡片分别放置在微带夹具的终端与侧面。