CN112595897A - 相对介电常数测试系统和探测单元 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种相对介电常数测试系统及探测单元。该探测单元包括安装架以及两个探测件，两个探测件间隔设置于安装架上，探测件包括探针以及与探针竖向间隔设置的电连接部，探针与电连接部电连接。该相对介电常数测试系统采用了该探测元件，可以在不破坏待测介质的前提下，利用谐振法实现待测介质的相对介电常数的测试，测试结果准确且可靠，方法简易，能降低测试成本。
Description
技术领域
本申请涉及通信技术领域，特别是涉及一种相对介电常数测试系统及探测单元。
背景技术
随着移动通讯业务的发展和5G(5th generation mobile networks，第五代移动通信技术)的商用推进，移动通讯的网络在不断的扩大，将会有多个宏站建设，5G使用的频率高，建站密度大，面临比4G(the 4th generation mobile communication technology，第四代移动通信技术)挑战更大的选址难问题，同时会对城市市容景观带来影响，为了解决城市站点对周围环境的影响必将对站点安装的设备进行美化和隐蔽。
目前，通常采用美化外罩(例如，美化天线外罩)对站点进行伪装与周围环境融为一体，美化外罩可以选用不同的介质材料设计；美化外罩在满足机械性能与外观的同时，对电性能也有较高的要求，其中，透波率与介电性能是评估美化外罩对天线和主设备的重要指标，电磁波在传播过程中遇到介质材料时，能量会损耗，要求相对介电常数和损耗角正切越小越好，以达到最小反射和最大传输的目的。除此之外，常规的天线外罩和天线内部使用的介质材料部件(如移相器介质片，PCB板材等)也有在非破坏条件下测量相对介电常数的需求。
在实现过程中，发明人发现传统技术中至少存在如下问题：针对不同介质材料，传统技术通过测试仪器直接测出相对介电常数值而目前，天线外罩因应用环境复杂多变，为保证结构和电气特性，通常设计厚度均大于或等于5mm，且测试过程不允许进行裁剪破坏。故传统的针对介质材料样片的方法需对被测件进行裁剪取样，且可测试的最大厚度不满足现实需求。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能在不破坏被测件的前提下，测试介质材料相对介电常数的相对介电常数测试系统及探测单元。
为了实现上述目的，一方面，本发明实施例提供了一种探测单元，包括安装架以及两个探测件，两个探测件间隔设置于安装架上，探测件包括探针以及与探针竖向间隔设置的电连接部，探针与电连接部电连接。
该探测单元应用于相对介电常数测试系统时，将金属层贴于待测介质的基片下表面形成第二接地层，确保平整，无翘曲；根据测试频率范围选择谐振导带，并将其贴于待测介质的基片的上表面，同时也需确保平整，无翘曲；然后利用探测单元，将安装架置于合适位置，使得两个探测件的探针与谐振导带接触，同时利用电连接部与测试设备电连接，进而可以进行待测介质的相对介电常数的测试。利用本申请的探测单元便于将两个探针设置于谐振导带上，测试时两个探针的间距不会轻易发生变化，有利于提高测试数据的准确性及可靠性。
另一方面，本申请还提供一种相对介电常数测试系统，包括粘接于待测介质的基片下表面的第二接地层，以及设于待测介质的基片上表面的谐振导带；
相对介电常数测试系统还包括：
测试设备，测试设备包括如上述任一实施例中的探测单元，测试设备通过探测单元测量谐振导带的实测谐振频率；及
连接测试设备的处理器；处理器获取实测谐振频率以及待测介质的实测基片厚度，并采用预设对应关系处理实测谐振频率和实测基片厚度，得到待测介质的相对介电常数测量值；预设对应关系用于表征待测介质的相对介电常数关于谐振频率、基片厚度的变化关系。
本申请的相对介电常数测试系统采用谐振法，在待测介质的基片下表面粘接微带线的接地面(即第二接地层)，在基片上表面设置谐振导带，采用测量设备通过电连接部与探针连接，将探针靠近基片上表面的谐振导带，测量出该段传输线的谐振频率，进而基于预设的待测介质的相对介电常数关于谐振频率、基片厚度的变化关系，得到待测介质的相对介电常数；本申请通过在待测介质上分别设置第二接地层和谐振导带，并且第二接地层通过粘接的方式与待测介质相连，可以在不破坏待测介质的前提下，利用谐振法实现待测介质的相对介电常数的测试，粘接的方式可以保证贴合良好，并且避免空气间隙的影响，测试结果准确，方法简易，能降低测试成本；可将谐振导带印制在PCB薄片上，使其可重复使用，以进一步降低成本。本发明特别适用于测量天线外罩的相对介电常数，具有显著工程实用性。
附图说明
通过附图中所示的本申请的优选实施例的更具体说明，本申请的上述及其它目的、特征和优势将变得更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分，且并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本申请的主旨。
图1为一个实施例中相对介电常数测试系统中待测介质的结构示意图；
图2为一个实施例中相对介电常数测试系统的结构示意图；
图3为一个实施例中相对介电常数测试系统的具体结构示意图；
图4a为一个实施例中探针间的传输系数示意图；
图4b为一个实施例中待测介质谐振频点示意图；
图5为另一个实施例中相对介电常数测试系统中待测介质的结构示意图；
图6为另一个实施例中相对介电常数测试系统的结构示意图；
图7为另一个实施例中相对介电常数测试系统的具体结构示意图；
图8为一实施例中探测单元的结构示意图；
图9为图8所示的探测单元的结构示意图；
图10为图9所示的探测单元的结构爆炸示意图；
图11为图10所示的探测单元的内部结构示意图；
图12为图11所示的线路板的结构示意图；
图13为图12所示的基板的内部结构示意图；
图14为图13所示的A的局部放大示意图；
图15为一个实施例中相对介电常数测试方法的流程示意图；
图16为一个实施例中相对介电常数测试装置的结构框图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。
需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件时，它可以是直接连接到另一个元件，或者通过居中元件连接另一个元件。此外，以下实施例中的“连接”，如果被连接的对象之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
目前市面上不同介质材料均可以通过测试仪器直接测出相对介电常数值，比如使用keysight E4991B材料分析仪，配合16453A介电常数测量夹具测量介质材料相对介质电常数时，要求将被测件裁剪成30×30毫米方片，且可测试的介质样品厚度小于3毫米。即传统测试其测试厚度受限于5mm以内，超过5mm将无法直接测试其对应介质的相对介电常数值；美化外罩因场地环境需求多变，外罩需要满足恶劣环境下具有高可靠性，通常设计厚度需≥5mm，导致各厂家及运营商无法评估超过5mm以上的介质材料的相对介电常数值。另外，现有的非破坏性的测试方法虽有多种，但不能满足基站天线外罩特性的检测。
而本申请提供了一种谐振电路测试方式，可以直接测出各种厚度的相对介电常数值。具体地，本申请可以用于测量厚度40mm以内材料的相对介电常数(如塑料、发泡材料等)；在一个具体的示例中，本申请适合于天线外罩的相对介电常数测量；本申请简易且无需破坏被测材料，能降低测试成本，具有显著的工程实用性。
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
本申请提供的相对介电常数测试系统，可以应用于天线外罩(例如，美化外罩)的相对介电常数测量。其中，天线外罩可以是基片厚度为40mm以内的介质材料(如塑料、发泡材料等)，即待测介质。
在一个实施例中，提供了一种相对介电常数测试系统，如图1所示，针对待测介质10，本申请相对介电常数测试系统可以包括粘接于待测介质10的基片下表面的第二接地层120，以及设于待测介质的基片上表面的谐振导带110；其中，谐振导带110可以为条状导带。进一步的，如图2所示，以该系统应用于图1所示的待测介质为例进行说明，本申请相对介电常数测试系统还包括：
测试设备20；测试设备20测量谐振导带110的实测谐振频率；
连接测试设备20的处理器30；处理器30获取实测谐振频率以及待测介质10的实测基片厚度，并采用预设对应关系处理实测谐振频率和实测基片厚度，得到待测介质的相对介电常数测量值；预设对应关系用于表征待测介质的相对介电常数关于谐振频率、基片厚度的变化关系。
具体而言，本申请相对介电常数测试系统，在待测介质10的一面粘贴有第二接地层120，在待测介质10与第二接地层120相对的另一面设置有谐振导带110；本申请提出采用粘接方式设置第二接地层，即第二接地层通过粘接的方式与待测介质相连，可以在不破坏待测介质的前提下，进而利用谐振法实现待测介质的相对介电常数的测试；其中，粘接的方式可以保证贴合良好，不仅可以避免空气间隙的影响，进一步提升测试结果的准确性，还具有更好的工程实用性。
“第二接地层”可以采用任意一种现有的技术形成，只要满足接地功能即可。
具体到本实施例中，“第二接地层”为微带接地层。
在一个具体的示例中，一段两端开路的微带传输线具有谐振电路的特性；微带传输线两端可以与同轴连接器或探针相连，并经微波电缆连接用于测量谐振频率的测试设备20，采集测试设备20的测量传输系数得到谐振频率值，从而测量出谐振导带的谐振频率(也即实测谐振频率)；其中，微波电缆可以是射频微波测试电缆，例如，射频微波同轴测试电缆(RF Microwave Coax Test cable)。
又如，如图2所示，测试设备20用探针靠近待测介质10的基片上表面的谐振导带110，测量出该段传输线的谐振频率(也即实测谐振频率)。
在一个具体的示例中，测试设备20可以为矢量网络分析仪。
具体地，矢量网络分析仪与同轴连接器或探针相连，并通过同轴连接器或探针靠近谐振导带，测量谐振导带的实测谐振频率。
在一个具体的实施例中，如图1所示，谐振导带110的长度可以为λg；其中，λg为工作频段微带线上的波长；工作频段为测试时所用频段。
在一个具体的实施例中，如图1所示，谐振导带110的长度可以为λg/2，谐振导带110的宽度为1～5mm。其中，λg为工作频段微带线上的波长；工作频段为测试时所用频段。
具体而言，本申请中谐振导带110的长度，谐振导带110的宽度，以可明显测试出谐振峰值为选择依据；其中，基于以下公式，得到λg：
其中，εre为待测介质的基片的等效介电常数，f为频率，c表示光速。
需要说明的是，本申请中谐振导带110的长度，谐振导带110的宽度，可以根据实际需求予以选择。
在一个具体的实施例中，谐振导带110可以为金属箔。
具体而言，金属箔与待测介质10通过粘接相连，例如，金属箔粘接在基片上表面；进一步的，金属箔可以是带有粘性的金属箔，例如，铜箔、铝箔；在一个示例中，金属箔为铜箔。
在其中一个实施例中，谐振导带110可以为印制在PCB薄片上的金属导带；金属导带贴设于基片上表面。
具体而言，谐振导带110往往尺寸较小，难以被工整的贴合于待测介质上，并且粘接的谐振导带110也不便于重复利用；为此，本申请提出，谐振导带110可以为印制在PCB(Printed Circuit Board，印制电路板)薄片上的金属导带，PCB薄片上的金属导带压紧贴设于待测介质10上，使其可重复使用，进而进一步降低成本。
在一个具体的实施例中，第二接地层120可以为金属箔。
具体而言，金属箔可以是带有粘性的金属箔，例如铜箔、铝箔。在一个具体的示例中，金属箔可以为铜箔。
进一步的，如图1所示，本申请可以采用相应的厚度测量装置测量待测介质10的基片厚度(也即实测基片厚度)；处理器在获取到实测谐振频率以及待测介质的实测基片厚度时，可以采用预设对应关系处理实测谐振频率和实测基片厚度，得到待测介质的相对介电常数测量值；其中，预设对应关系用于表征待测介质的相对介电常数关于谐振频率、基片厚度的变化关系。
例如，处理器可以采用三维电磁仿真模型或理论公式得出表征相对介电常数、谐振频率与待测介质厚度(即基片厚度)的关系的数据表格，进而基于实测谐振频率以及实测基片厚度，通过查表的方式得到待测介质的相对介电常数测量值。
又如，处理器可以采用通过数据拟合形成具有明确表达式的拟合公式，然后，将实际测得的待测介质的谐振频率和基片厚度代入该拟合公式，求得待测介质的相对介电常数(即相对介电常数测量值)。
下面结合一个具体的实例予以说明，如图3所示，本申请相对介电常数测试系统，可以应用于GB/T 12636-90微波基片复相对介电常数带状线测试方法，测试所需工具可以包括：0.1～4GHz两端口矢量网络分析仪1台、近场探头、谐振导带(环)，测试工装等；
测试要求可以包括：①测试频率范围：f＝0.1～4GHz；②测试基片厚度：h＝1～40mm；③测试相对介电常数范围：ε0＝1～25；④测试环境：温度20-30℃，相对湿度45％-75％。具体而言，针对上述测试频率范围，可以采用100MHz～2GHz。其中，在一个示例中，测试基片厚度至少为40mm；在另一个示例中，测试基片厚度可以为30mm。
如图3所示，具体测试步骤可以包括：
1)一段两端开路的微带传输线具有谐振电路的特性，如图3所示在待测介质的基片A面贴铜箔，构成微带线的接地面(即第二接地层)，在待测介质的基片B面贴谐振导带(可以用铜箔)，谐振导带长度为λg/2，谐振导带宽度w选择1～5mm(以可明显测试出谐振峰值为选择依据)。在一个具体的实施例中，该谐振导带也可是环形导带，长度可以为λg。其中，λg为工作频段微带线上的波长；工作频段为测试时所用频段。
2)采用探针靠近基片B面的谐振导带，测量出该段传输线的谐振频率点，可以如图4a、图4b所示。
3)在实测得出谐振频率后，可以通过查阅表格或通过拟合公式得出相对介电常数。
本申请采用谐振法，在待测介质的基片下表面粘接微带线的接地面(即第二接地层)，在基片上表面设置谐振导带，采用测量设备靠近基片上表面的谐振导带，测量出该段传输线的谐振频率，进而基于预设对应关系和谐振导带长的厚度，得到待测介质的相对介电常数；本申请通过在待测介质上分别设置第二接地层和谐振导带，并且第二接地层通过粘接的方式与待测介质相连，可以在不破坏待测介质的前提下，利用谐振法实现待测介质的相对介电常数的测试，粘接的方式可以保证贴合良好，并且避免空气间隙的影响，测试结果准确，方法简易，能降低测试成本；同时，本申请提出可将谐振导带印制在PCB薄片上，使其可重复使用，进而进一步降低成本。以上，本申请可以用于测量天线外罩(厚度40mm以内)的相对介电常数，具有显著工程实用性。
在一个实施例中，提供了一种相对介电常数测试系统，如图5所示，针对待测介质，本申请相对介电常数测试系统可以包括粘接于待测介质的基片下表面的第二接地层，以及设于待测介质的基片上表面的谐振导带；其中，谐振导带可以为环形导带。进一步的，如图6所示，以该系统应用于图5所示的待测介质为例进行说明，本申请相对介电常数测试系统还包括：
测试设备及与测试设备相连的探针或同轴连接器；测试设备通过探针或同轴连接器靠近谐振导带，测量谐振导带的实测谐振频率；
连接测试设备的处理器；处理器获取实测谐振频率以及待测介质的实测基片厚度，并采用预设对应关系处理实测谐振频率和实测基片厚度，得到待测介质的相对介电常数测量值；预设对应关系用于表征待测介质的相对介电常数关于谐振频率、基片厚度的变化关系。
具体而言，本申请相对介电常数测试系统，在待测介质的一面粘贴有第二接地层，在待测介质与第二接地层相对的另一面设置有谐振导带；本申请提出采用粘接方式设置第二接地层，即第二接地层通过粘接的方式与待测介质相连，可以在不破坏待测介质的前提下，进而利用谐振法实现待测介质的相对介电常数的测试；其中，粘接的方式可以保证贴合良好，不仅可以避免空气间隙的影响，进一步提升测试结果的准确性，还具有更好的工程实用性。
如图6所示，测试设备用探针靠近待测介质的基片上表面的谐振导带，测量出该段传输线的谐振频率(也即实测谐振频率)。
在一个具体的示例中，测试设备可以为矢量网络分析仪。
在一个具体的实施例中，谐振导带的长度可以为λg；其中，λg为工作频段微带线上的波长；工作频段为测试时所用频段。
在一个具体的实施例中，谐振导带的长度可以为λg/2，谐振导带的宽度为1～5mm。其中，λg为工作频段微带线上的波长；工作频段为测试时所用频段。
具体而言，本申请中谐振导带的长度，谐振导带的宽度，以可明显测试出谐振峰值为选择依据，也可以根据实际需求予以选择。
在一个具体的实施例中，谐振导带可以为金属箔。
具体而言，金属箔与待测介质通过粘接相连，例如，金属箔粘接在基片上表面；在一个示例中，金属箔为铜箔。
在其中一个实施例中，谐振导带可以为印制在PCB薄片上的金属导带；金属导带贴设于基片上表面。
具体而言，本申请中的金属导带，可以是用PCB工艺制成的金属层；谐振导带往往尺寸较小，难以被工整的贴合于待测介质上，并且粘接的谐振导带也不便于重复利用；为此，本申请提出，谐振导带可以为印制在薄片上的金属导带，PCB薄片上的金属导带压紧贴设于待测介质上，使其可重复使用，进一步降低成本。
在一个具体的实施例中，第二接地层可以为金属箔。
具体而言，金属箔可以是带有粘性的金属箔，例如铜箔、铝箔。在一个具体的示例中，金属箔可以为铜箔。
进一步的，本申请可以采用相应的厚度测量装置测量待测介质的基片厚度(也即实测基片厚度)；处理器在获取到实测谐振频率以及待测介质的实测基片厚度时，可以采用预设对应关系处理实测谐振频率和实测基片厚度，得到待测介质的相对介电常数测量值；其中，预设对应关系用于表征待测介质的相对介电常数关于谐振频率、基片厚度的变化关系。
例如，处理器可以采用三维电磁仿真模型或理论公式得出表征相对介电常数、谐振频率与待测介质厚度(即基片厚度)的关系的数据表格，进而基于实测谐振频率以及实测基片厚度，通过查表的方式得到待测介质的相对介电常数测量值。
又如，处理器可以采用通过数据拟合形成具有明确表达式的拟合公式，然后，将实际测得的待测介质的谐振频率和基片厚度代入该拟合公式，求得待测介质的相对介电常数(即相对介电常数测量值)。
下面结合一个具体的实例予以说明，如图7所示，本申请相对介电常数测试系统，可以应用于GB/T 12636-90微波基片复相对介电常数带状线测试方法，测试所需工具可以包括：0.1～4GHz两端口矢量网络分析仪1台、近场探头、谐振导带(环)，测试工装等；
测试要求可以包括：①测试频率范围：f＝0.1～4GHz；②测试基片厚度：h＝1～40mm；③测试相对介电常数范围：ε0＝1～25；④测试环境：温度20-30℃，相对湿度45％-75％。具体而言，针对上述测试频率范围，可以采用100MHz～2GHz。在一个示例中，测试基片厚度至少为40mm；在另一个示例中，测试基片厚度可以为30mm。
如图7所示，具体测试步骤可以包括：
1)一段两端开路的微带传输线具有谐振电路的特性，如图7所示在待测介质的基片A面贴铜箔，构成微带线的接地面(即第二接地层)，在待测介质的基片B面贴谐振导带(可以用铜箔)；该谐振导带为环形导带，长度可以为工作频段的λg。
2)采用探针靠近基片B面的谐振导带，测量出该段传输线的谐振频率点。
3)在实测得出谐振频率后，可以通过查阅表格或通过拟合公式得出相对介电常数。
本申请采用谐振法，在待测介质的基片下表面粘接微带线的接地面(即第二接地层)，在基片上表面设置谐振导带(例如，环形导带)，采用测量设备靠近基片上表面的谐振导带，测量出该段传输线的谐振频率，进而基于预设对应关系和谐振导带长的厚度，得到待测介质的相对介电常数；本申请通过在待测介质上分别设置第二接地层和谐振导带，并且第二接地层通过粘接的方式与待测介质相连，可以在不破坏待测介质的前提下，利用谐振法实现待测介质的相对介电常数的测试，粘接的方式可以保证贴合良好，并且避免空气间隙的影响，测试结果准确，方法简易，能降低测试成本；可以用于测量天线外罩(厚度40mm以内)的相对介电常数，具有显著工程实用性。
在上述任一相对介电常数测试系统的实施例基础上，如图3、图8及图9所示，一实施例中，测试设备包括探测单元200，测试设备通过探测单元200测量谐振导带110的实测谐振频率。
其中，探测单元200包括安装架210以及两个探测件220，两个探测件220间隔设置于安装架210上，探测件220包括探针221以及与探针221竖向间隔设置的电连接部226，探针221与电连接部226电连接。
如此，将金属层贴于待测介质的基片110的下表面形成第二接地层，确保平整，无翘曲；根据测试频率范围选择谐振导带，并将其贴于待测介质的基片110的上表面，同时也需确保平整，无翘曲；然后利用探测单元200，将安装架210置于合适位置，使得两个探测件220的探针221与谐振导带接触，同时利用电连接部226与测试设备电连接，进而可以进行待测介质的相对介电常数的测试。利用本申请的探测单元200便于将两个探针221设置于谐振导带上，测试时两个探针221的间距不会轻易发生变化，有利于提高测试数据的准确性及可靠性。
在上述探测单元200的实施例基础上，如图9至图11所示，一实施例中，探测件220可相对于安装架210移动，使得两个探测件220的探针221之间的间距可调。该探测单元200应用于相对介电常数测试系统时，可根据谐振导带的尺寸大小，使得探测件220可相对于安装架210移动，使得两个探测件220的探针221之间的间距满足要求。同时可以在待测介质的基片上设置多个尺寸大小不同的谐振导带，分别进行测试，能提高测试数据的准确性及可靠性。
需要说明的是，“探测件220可相对于安装架210移动”的具体实现方式可以多种，如利用丝杆螺母传动机构进行调距、或利用齿轮齿条传动机构进行调距，只要满足要求即可。
需要说明的是，“电连接部226”可以焊盘、连接器、接口等电连接结构。
具体到本实施例中，如图9至图11所示，至少一个安装件与探测件220滑动连接，且可动的安装件与探测件220之间设有紧固件230；当紧固件230松开时，探测件220可相对于安装件移动；当紧固件230固定时，探测件220固设于安装件上。如此，利用安装件与探测件220的滑动配合，并利用紧固件230进行控制，亦可实现两个探测件220的探针221之间的间距可调。
可选地，如图9至图11所示，一实施例中，安装件设有滑轨，探测件220设有与滑轨滑动配合的滑块222；探测件220设有内螺纹孔223，安装件设有与滑轨同向间隔设置的配合槽214，紧固件230设有与内螺纹孔223螺接配合的螺杆232、以及设置于螺杆232的一端的施力部234，螺杆232穿过配合槽214与内螺纹孔223配合；当紧固件230松开时，施力部234与安装件间隔设置，使得探测件220可相对于安装件移动；当紧固件230固定时，施力部234与安装件相抵压，使得探测件220固设于安装件上。如此，松开紧固件230，可以根据谐振导带的尺寸大小，利用滑块222与滑轨的配合，使得探测件220可以相对于安装件平稳地进行滑动，使得两个探测件220的探针221之间的间距满足要求，然后紧固件230，即可将两个探测件220的探针221之间的间距固定，可进行测试。
在上述任一探测单元200的实施例基础上，如图10至图14所示，一实施例中，探测件220包括线路板224，线路板224包括两个第一接地层201、夹设于两个第一接地层201之间的基板202、以及设置于基板202内的带状线203，基板202的一端设有凸出设置的探脚204，带状线203的一端与电连接部226固定，带状线203的另一端设有凹段205，凹段205的一端与第一接地层201电连接，且凹段205与探脚204间隔设置形成探针221，两个第一接地层201设有隔断槽201a，隔断槽201a正投影于凹段205上。如此，利用带状线203作为传输线进行能量传输及耦合，并利用两个第一接地层201隔离干扰，进一步提高测试数据的准确性。同时两个第一接地层201设有隔断槽201a，201a隔断槽正投影于凹段205上，便于使带状线203中的电磁波中的横磁波磁场能量通过探脚204耦合至谐振导带。
具体地，该凹段205设有圆弧段，该圆弧段的半径R＝5mm，使得探针221探测范围约≤10mm。
可选地，如图13及图14所示，一实施例中，线路板224还包括屏蔽层206，屏蔽层206与第一接地层201电连接，屏蔽层206包围带状线203设置，且至少有部分屏蔽层206设置于凹段205的中部。如此，利用屏蔽层206可以进一步屏蔽外部电磁波对带状线203的干扰，提高测试数据的准确性。
该屏蔽层206可由金属层构成，利用线路板制造技术，与带状线203一同显影出来。
进一步地，如图13及图14所示，具体到本实施例中，屏蔽层206通过与第一接地层201电连接的多个金属过孔形成。如此，带状线203周边通过金属化过孔与第一接地层201来屏蔽能量，获得更优的屏蔽效果。
在上述任一线路板224的实施例基础上，如图9至图11所示，一实施例中，探测件220还包括绝缘防护壳225，绝缘防护壳225设有安装线路板224的防护腔207，线路板224通过防护腔207安设于绝缘防护壳225中，且探脚204凸出绝缘防护壳225设置。如此，利用防护腔207将线路板224安设与绝缘防护壳225中进行防护，进一步避免外部干扰。同时利用绝缘防护壳225便于开设内螺纹孔223。
该绝缘防护壳225的具体实现方式可以有种，包括但不限于利用两个壳体组装形成。
该安装架210的具体实现方式也可以有种，只要能够实现探测件220的即可。
在上述任一线路板224的实施例基础上，一实施例中，探脚204的自由端与凹段205的最小间距为0.5mm～1mm。
在上述任一探测单元200的实施例基础上，如图3及图9所示，一实施例中，待测介质为天线外罩；测试设备为矢量网络分析仪；矢量网络分析仪通过电连接部226与探测单元200相连，并通过探针221靠近谐振导带，测量谐振导带的实测谐振频率。如此，可以将铜箔贴片贴于待测介质的基片的下表面形成第二接地层，确保平整，无翘曲；再根据测试频率范围选择谐振导带，并将其贴于待测介质基片的上表面，同时也需确保平整，无翘曲；然后可根据测试频率范围调节两个探针221之间间距满足要求，然后锁紧紧固件230，同时，将两个探针221的电连接部226接到网络分析仪上；并将探测单元200的探针221放置到谐振导带上，分别测试3组数据，并记录S21谐振点，取中位数得出最终的谐振频率；最后在三维电磁仿真软件中建立对应的模型，并扫参仿真，找出对应的实测谐振频点，即可得出待测介质的介电常数。
以上，本申请采用条状或环形的谐振导带，另一方面，通过粘接方式实现无损测试；本申请通过采用粘接方式，不仅可以避免空气间隙的影响，进一步提升测试结果的准确性，还具有更好的工程实用性。
具体地，本申请相对介电常数测试系统，适用于美化天线外罩的相对介电常数测试；本申请采用谐振法，在待测介质的基片A面贴铜箔构成微带线的接地面，在基片B面贴条形或环形谐振导带(可以用铜箔)，采用探针221靠近基片B面的谐振导带，测量出该段传输线的谐振频率点，再计算得出相对介电常数。本申请可以用于测量厚度40mm以内材料的相对介电常数(如塑料、发泡材料、等等)，方法简易且无需破坏被测材料，能降低测试成本，并具有显著的工程实用性。
谐振导带可采用下面规格：
1.外半径R＝30mm，对应待测介质的基片的厚度为1～10mm；
2.外半径R＝40mm，对应待测介质的基片的厚度为10～20mm；
3.外半径R＝50mm，对应待测介质的基片的厚度为20～30mm。
同时，谐振导带采用PCB+背胶工艺。谐振环蚀刻在厚度为0.13mm
介电常数为2.17的薄片基片上，谐振环内外圈各增加一圈背胶，用于谐振导带的固定，以及使其可以紧贴到待测介质的基片的表面，确保测试结构更加准确，减少误差。
本领域技术人员可以理解，图1-图3、图5-图7中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的结构及设备的限定，具体的结构及设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
在一个实施例中，如图15所示，提供了一种相对介电常数测试方法，以该方法应用于图2或图6中的处理器为例进行说明，包括步骤：
步骤S810，获取待测介质的实测谐振频率和实测基片厚度；实测谐振频率为测试设备测量谐振导带得到；其中，谐振导带设于待测介质的基片上表面，第二接地层粘接于待测介质的基片下表面；
步骤S820，采用预设对应关系处理实测谐振频率和实测基片厚度，得到待测介质的相对介电常数测量值；预设对应关系用于表征待测介质的相对介电常数关于谐振频率、基片厚度的变化关系。
具体而言，处理器在获取到实测谐振频率以及待测介质的实测基片厚度时，可以采用预设对应关系处理实测谐振频率和实测基片厚度，得到待测介质的相对介电常数测量值；
例如，处理器可以采用三维电磁仿真模型或理论公式得出表征相对介电常数、谐振频率与待测介质厚度(即基片厚度)的关系的数据表格，进而基于实测谐振频率以及实测基片厚度，通过查表的方式得到待测介质的相对介电常数测量值。
又如，处理器可以采用通过数据拟合形成具有明确表达式的拟合公式，然后，将实际测得的待测介质的谐振频率和基片厚度代入该拟合公式，求得待测介质的相对介电常数(即相对介电常数测量值)。
在其中一个实施例中，预设对应关系为数据表或数据拟合模型；
采用预设对应关系处理实测谐振频率和实测基片厚度，得到待测介质的相对介电常数测量值的步骤，包括：
基于实测谐振频率和实测基片厚度，通过查找数据表，得到待测介质的相对介电常数测量值；
或，
采用数据拟合模型处理实测谐振频率和实测基片厚度，得到待测介质的相对介电常数测量值。
具体而言，数据表格可以是通过仿真或理论公式计算得出的密集的数据表，根据实际测得的待测介质的谐振频率(即实测谐振频率)和厚度(即实测基片厚度)从数据表中查找得出待测介质的相对介电常数(即相对介电常数测量值)；
或者，数据表格为通过数据拟合形成的具有明确表达式的拟合公式(例如，数据拟合模型)，将实际测得的待测介质的谐振频率和厚度代入拟合公式，进而得到待测介质的相对介电常数。
在其中一个实施例中，采用数据拟合模型处理实测谐振频率和实测基片厚度，得到待测介质的相对介电常数测量值的步骤中，基于以下公式得到相对介电常数测量值：
其中，εr表示相对介电常数测量值；P1～P11为常数；H表示实测基片厚度；f0表示实测谐振频率。
具体而言，表征相对介电常数关于谐振频率f0与待测介质厚度H的变化关系的函数模型可以为上述数据拟合模型所示。进一步的，如表1、表2所示，为本申请中常数P1～P11可以取的数值；
表1
| 符号 | 数值 |
| P1 | 0.36 |
| P2 | 22.32 |
| P3 | 22.73 |
| P4 | -11.90 |
| P5 | 467.71 |
表2
| 符号 | 数值 |
| P6 | -0.27 |
| P7 | -0.32 |
| P8 | 47.20 |
| P9 | 4096.17 |
| P10 | -15.43 |
| P11 | 445.25 |
需要说明的是，上述数据拟合模型可以是由仿真得出的数据表格拟合而成。
在其中一个实施例中，基于实测谐振频率和实测基片厚度，通过查找数据表，得到待测介质的相对介电常数测量值的步骤之前，还包括步骤：
基于待测介质的三维电磁仿真模型获取三维数据，处理三维数据，得到数据表；
或，
基于待测介质的理论模型，得到数据表。
具体而言，通过查找数据表格或使用拟合公式的方法得出待测介质的相对介电常数的步骤，可以采用如下方式实现：基于待测介质的三维电磁仿真模型或理论公式(即理论模型)，通过改变待测介质的厚度和相对介电常数以获取待测介质的谐振频率的变化，再根据获得的三维数据通过数据处理软件拟合出表征相对介电常数与谐振频率的变化及厚度的关系的函数模型；再根据实测结果，将实际测得的谐振频率与该待测介质的实际厚度带入函数模型即可得出相应的相对介电常数测量值。
在其中一个实施例中，在测得谐振频率后，还可以基于理论公式得出数据表格，得出相对介电常数；
具体的，可以通过以下公式计算出等效介电常数εre：
式中：c——光速，2.998×1011mm/s；
n——谐振时延谐振导带分布的驻波半波长个数；
fn——第n号模式的谐振频率，Hz；
L——谐振导带长度，mm；
ΔLg——考虑到谐振导带两端口边缘场效应产生的谐振导带的有效增长量；其中，关于ΔLg的取值，当谐振导带为环形导带时，ΔLg的取值可以为0。
进一步的，可以基于以下公式，得到ΔLg：
其中：
ξ4＝1+0.0377tan-1[0.067(w/h)456]×[6-5exp(0.036(1-εre))]
ξ5＝1-0.218exp(-7.5w/h)
其中，εre表示等效介电常数的精度；h表示待测介质的基片厚度；w表示谐振导带的宽度；
根据微带电路理论，等效介电常数εre和相对介电常数εr可以满足如下公式：
进而得到相对介电常数εr为：
其中，
代表介质板材的填充系数，h表示待测介质的基片厚度；w表示谐振导带的宽度。
需要说明的是，本申请相对介电常数测试方法，可以应用于前文中相对介电常数测试系统中，具体的测试流程、参数取值及实现方式等，均可参阅前文中相对介电常数测试系统中各实施例的描述，此处不再赘述。
上述相对介电常数测试方法，基于前述相对介电常数测试系统的结构，采用谐振法，在待测介质的基片下表面粘接微带线的接地面(即第二接地层)，在基片上表面设置谐振导带(例如，环形导带)，采用测量设备靠近基片上表面的谐振导带，测量出该段传输线的谐振频率，进而基于预设对应关系和谐振导带长的厚度，得到待测介质的相对介电常数。
本申请通过在待测介质上分别设置第二接地层和谐振导带，并且第二接地层通过粘接的方式与待测介质相连，可以在不破坏待测介质的前提下，利用谐振法实现待测介质的相对介电常数的测试，粘接的方式可以保证贴合良好，并且避免空气间隙的影响，测试结果准确，方法简易，能降低测试成本；可以用于测量天线外罩(厚度40mm以内)的相对介电常数，具有显著工程实用性。
应该理解的是，虽然图15的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图15中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
在一个实施例中，如图16所示，提供了一种相对介电常数测试装置，包括：
数据获取模块910，用于获取待测介质的实测谐振频率和实测基片厚度；实测谐振频率为测试设备测量谐振导带测量得到；其中，谐振导带设于待测介质的基片上表面，第二接地层粘接于待测介质的基片下表面；
数据处理模块920，用于采用预设对应关系处理实测谐振频率和实测基片厚度，得到待测介质的相对介电常数测量值；预设对应关系用于表征待测介质的相对介电常数关于谐振频率、基片厚度的变化关系。
关于相对介电常数测试装置的具体限定可以参见上文中对于相对介电常数测试方法的限定，在此不再赘述。上述相对介电常数测试装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现前述任一项方法的步骤。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线式动态随机存储器(Rambus DRAM，简称RDRAM)、以及接口动态随机存储器(DRDRAM)等。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (11)
1.一种探测单元，其特征在于，包括安装架以及两个探测件，两个所述探测件间隔设置于所述安装架上，所述探测件包括探针以及与所述探针竖向间隔设置的电连接部，所述探针与所述电连接部电连接。
2.根据权利要求1所述的探测单元，其特征在于，所述探测件可相对于所述安装架移动，使得两个所述探测件的探针之间的间距可调。
3.根据权利要求1所述的探测单元，其特征在于，至少一个所述安装件与所述探测件滑动连接，且可动的所述安装件与所述探测件之间设有紧固件；当所述紧固件松开时，所述探测件可相对于所述安装件移动；当所述紧固件固定时，所述探测件固设于所述安装件上。
4.根据权利要求3所述的探测单元，其特征在于，所述安装件设有滑轨，所述探测件设有与所述滑轨滑动配合的滑块；所述探测件设有内螺纹孔，所述安装件设有与所述滑轨同向间隔设置的配合槽，所述紧固件设有与所述内螺纹孔螺接配合的螺杆、以及设置于所述螺杆的一端的施力部，所述螺杆穿过所述配合槽与所述内螺纹孔配合；当所述紧固件松开时，所述施力部与所述安装件间隔设置，使得所述探测件可相对于所述安装件移动；当所述紧固件固定时，所述施力部与所述安装件相抵压，使得所述探测件固设于所述安装件上。
5.根据权利要求1至4任一项所述的探测单元，其特征在于，所述探测件包括线路板，所述线路板包括两个第一接地层、夹设于两个所述第一接地层之间的基板、以及设置于所述基板内的带状线，所述基板的一端设有凸出设置的探脚，所述带状线的一端与所述电连接部固定，所述带状线的另一端设有凹段，所述凹段的一端与所述第一接地层电连接，且所述凹段与所述探脚间隔设置形成所述探针，所述两个第一接地层设有隔断槽，所述隔断槽正投影于所述凹段上。
6.根据权利要求5所述的探测单元，其特征在于，所述线路板还包括屏蔽层，所述屏蔽层与所述第一接地层电连接，所述屏蔽层包围所述带状线设置，且至少有部分屏蔽层设置于所述凹段的中部。
7.根据权利要求6所述的探测单元，其特征在于，所述屏蔽层通过与所述第一接地层电连接的多个金属过孔形成。
8.根据权利要求5所述的探测单元，其特征在于，所述探测件还包括绝缘防护壳，所述绝缘防护壳设有安装所述线路板的防护腔，所述线路板通过所述防护腔安设于所述绝缘防护壳中，且所述探脚凸出所述绝缘防护壳设置。
9.根据权利要求5所述的探测单元，其特征在于，所述探脚的自由端与所述凹段的最小间距为0.5mm～1mm。
10.一种相对介电常数测试系统，其特征在于，包括粘接于待测介质的基片下表面的第二接地层，以及设于所述待测介质的基片上表面的谐振导带；
所述相对介电常数测试系统还包括：
测试设备，所述测试设备包括如权利要求1至9任一项所述的探测单元，所述测试设备通过所述探测单元测量所述谐振导带的实测谐振频率；
连接所述测试设备的处理器；所述处理器获取所述实测谐振频率以及所述待测介质的实测基片厚度，并采用预设对应关系处理所述实测谐振频率和所述实测基片厚度，得到所述待测介质的相对介电常数测量值；所述预设对应关系用于表征所述待测介质的相对介电常数关于谐振频率、基片厚度的变化关系。
11.根据权利要求10所述的相对介电常数测试系统，其特征在于，所述待测介质为天线外罩；所述测试设备为矢量网络分析仪；
所述矢量网络分析仪通过电连接部与探测单元相连，并通过所述探针靠近所述谐振导带，测量所述谐振导带的所述实测谐振频率。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007232678A (ja) * | 2006-03-03 | 2007-09-13 | Advantest Corp | プリント基板の誘電体の比誘電率測定装置およびその測定方法 |
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| CN205679647U (zh) * | 2016-06-21 | 2016-11-09 | 昆山龙腾光电有限公司 | 一种测试装置 |
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| CN109188034A (zh) * | 2018-08-17 | 2019-01-11 | 北京索英电气技术有限公司 | 一种测量探针定位调节装置 |
| CN111474411A (zh) * | 2020-04-24 | 2020-07-31 | 京信通信技术(广州)有限公司 | 相对介电常数测试系统、方法、装置和存储介质 |
-
2020
- 2020-12-01 CN CN202011383414.9A patent/CN112595897B/zh active Active
Patent Citations (6)
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Non-Patent Citations (1)
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| 黄勇等: "一种新型的波导-双带状线的等功分转换器", 电子设计工程, vol. 24, no. 2, 31 January 2016 (2016-01-31), pages 93 - 95 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN112595897B (zh) | 2024-03-26 |
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