CN205941705U - 复介电常数测量组件 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种复介电常数测量组件，包括微波基板、设置在所述微波基板上的非均匀阻抗谐振器及用于为非均匀阻抗谐振器馈电的馈电电缆；所述非均匀阻抗谐振器包括依次连接的非均匀阻抗线、接地通孔及金属接地面，所述非均匀阻抗线设置在所述微波基板正面，接地通孔贯穿所述微波基板正面和背面，所述金属接地面印制在所述微波基板背面，所述金属接地面内蚀刻有用于所述馈电电缆耦合馈电的耦合缝隙。本实用新型的馈电部分全部设置在微波基板的背面，对微波基板的正面无干扰，使得微波基板的正面可以紧贴待测平板介质，有利于减小测量误差。

Description

复介电常数测量组件

技术领域

本实用新型涉及微波技术领域，尤其涉及一种复介电常数测量组件。

背景技术

近年来，无线通信的快速发展使得微波器件和微波介质材料的应用越来越广泛。对于微带电路、共面波导等微波电路，微波基板的复介电常数直接影响电路的所有指标。对于微波器件周围的介质，其复介电常数同样会影响微波器件的性能，尤其是对于天线领域，例如天线的天线罩和辐射单元上方的辅助介质板，其复介电常数不同时，则整机的电路参数和辐射参数也相应变化。目前，市场上不同厂家生产的同类型的微波基板的复介电常数会有些许差别，且对于其他常用的介质材料如PVC、玻璃钢等的复介电常数，不同厂家或不同批次的差别很大，甚至同一块介质材料的不同位置也可能出现明显的差异，而在工程应用中，了解介质的复介电常数对于微波器件的设计和调试优化具有重要意义。但另一方面，专门用于测量介质的复介电常数的精密仪器非常昂贵，因此对于资金不足的公司和实验室而言，很难获取到精密仪器以测量介质的复介电常数。

目前，运用微波技术测量介质复介电常数的方法主要有谐振法、传输法和时域法等，其中，谐振法是最常用的方法。而在谐振法中，基于谐振腔法的测量组件虽然测量精度高，但制作复杂，成本高，且需要将待测介质切成特定大小的小块，因此会破坏原有待测介质。一般的微带谐振法或带状谐振法需要在待测介质上印制电路，这种方法测量精度较高，但是每测量一块介质就需要制作一次电路，操作繁琐，而且难以测量其他非微波基板介质的特性，具有明显的局限性，且基于微带谐振法或带状谐振法的测量组件，大多由于其馈电结构有部分位置高于组件的印制电路，在测量面积较大的平板介质时，印制电路无法很好地紧贴待测介质，因此测量结果与实际值可能存在很大的误差。

因此，有必要提供一种方便测量复介电常数且测量结果较为准确的组件。

实用新型内容

鉴于上述问题，本实用新型的目的旨在提供一种复介电常数测量组件，其特点是可以测量大面积的平板介质，且测量误差较小。

为了实现上述目的，本实用新型提供了如下技术方案：

本实用新型提供的一种复介电常数测量组件，包括微波基板、设置在所述微波基板上的非均匀阻抗谐振器及用于为非均匀阻抗谐振器馈电的馈电电缆；所述非均匀阻抗谐振器包括依次连接的非均匀阻抗线、接地通孔及金属接地面，所述非均匀阻抗线设置在所述微波基板正面，接地通孔贯穿所述微波基板正面和背面，所述金属接地面印制在所述微波基板背面，所述金属接地面内蚀刻有用于所述馈电电缆耦合馈电的耦合缝隙。

进一步地，所述非均匀阻抗谐振器的长度小于四分之一波长。

进一步地，所述非均匀阻抗线包括相互连接的第一端和第二端，并且第二端的线宽大于第一端的线宽，所述第一端的末端与所述接地通孔连接，所述第二端的末端开路。

优选地，所述两条耦合缝隙在所述微波基板的正面的投影对称地分布于所述第一端的左右两侧。

进一步地，所述馈电电缆包括同轴电缆，所述同轴电缆与所述微波基板连接的一端的内导体焊接在所述耦合缝隙一侧的金属区，其外导体焊接在所述耦合缝隙另一侧的金属区。

相比于现有技术，本实用新型的技术方案具有如下优点：

1.本实用新型提供的复介电常数测量组件，其非均匀阻抗线设置在所述微波基板的正面，金属接地面和馈电部分均设置在微波基板的背面，并利用接地通孔将非均匀阻抗线和金属接地面连接，由此，非均匀阻抗线、接地通孔和金属接地面构成了非均匀阻抗谐振器，且馈电部分对微波基板的正面上方无任何干扰，有利于复介电常数测量组件的正面紧贴待测平板介质，从而减小测量误差。

2.本实用新型提供的复介电常数测量组件，其谐振结构为小于四分之一波长的非均匀阻抗谐振器，与现有的测量复介电常数的组件相比，其尺寸相对较小，能方便测量平板介质各个区域的复介电常数，测量结果更加准确。

3.本实用新型提供的复介电常数测量组件，可以测量大面积的平板介质，而无需将待测平板介质剪切成特定的形状或特定尺寸的小块，只要求待测平板介质能够完全覆盖非均匀阻抗线，限制较小，使用较为方便。

本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将通过下面的描述变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中变得明显和容易理解，其中：

图1是本实用新型的复介电常数测量组件的结构示意图，主要示出了微波基板正面的结构；

图2是图1所示的复介电常数测量组件的微波基板背面的结构示意图；

图3是图1所示的复介电常数测量组件的背面结构示意图；

图4是本实用新型的复介电常数测量组件测量平板介质的使用状态示意图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能解释为对本实用新型的限制。

图1示出了本实用新型的复介电常数测量组件100的正面结构，图2示出了本实用新型的复介电常数测量组件100的微波基板10的背面结构。

请结合图1和图2，所述的复介电常数测量组件100包括非均匀阻抗谐振器20及为所述非均匀阻抗谐振器20馈电的馈电电缆30。

所述非均匀阻抗谐振器20包括设置在所述的微波基板10的正面1上的非均匀阻抗线2、设置在所述微波基板10背面的金属接地面5，以及贯穿所述微波基板10的正面和背面的并与所述非均匀阻抗线2和金属接地面5连接的接地通孔3，并且，所述金属接地面5内蚀刻有用于所述馈电电缆耦合馈电的耦合缝隙4。

通过将所述非均匀阻抗线2设置在所述微波基板10的正面1，将所述馈电电缆30和所述金属接地面5设置在所述微波基板10的背面，并利用所述接地通孔3将所述非均匀阻抗线2和所述金属接地面5连接，使得所述馈电电缆30和所述非均匀阻抗线2位于不同的平面，从而避免了所述馈电电缆30对所述微波基板10的正面1的干扰，有利于所述正1面紧贴待测平板介质，从而减小测量误差。

进一步，所述非均匀阻抗谐振器20的长度小于四分之一波长。

通过采用小于四分之一波长的非均匀阻抗谐振器20，缩小了所述复介电常数测量组件100的尺寸，使得测量定位更加准确，方便测量平板介质各区域的复介电常数。

优选地，所述非均匀阻抗线2包括相互连接的第一端和第二端，并且第二端的线宽大于第一端的线宽，第一端的末端与所述接地通孔3连接，第二端的末端开路。

更进一步，所述两条耦合缝隙4在所述微波基板10的正面1上的投影对称地分布于所述非均匀阻抗线2的第一端的左右两侧。

通过将所述两条耦合缝隙4设置在所述非均匀阻抗线2的第一端在所述金属接地面5上的投影的左右两侧，有利于对所述非均匀阻抗谐振器20进行馈电。

请结合图3，进一步，所述馈电电缆20包括与所述两条耦合缝隙4对应的两条同轴电缆，所述同轴电缆与所述微波基板10连接的一端的内导体焊接在所述耦合缝隙4一侧的金属区，其外导体焊接在所述耦合缝隙4另一侧的金属区。所述同轴电缆的另一端设置有接头，用于连接微波矢量网络分析仪。

通过将所述两条同轴电缆焊接在所述两条耦合缝隙4的位置上，可将所述同轴电缆与所述微波基板10固定，并实现所述同轴电缆对所述非均匀阻抗谐振器20的馈电。

如上所述，所述非均匀阻抗线2、接地通孔3和金属接地面5共同构成非均匀阻抗谐振器20，其为一种谐振结构，当电磁波的频率越靠近其谐振频率时，该谐振器的储能能力越强。

本实用新型提供的复介电常数测量组件100是一个对称的二端口电路。假设电磁波从一个端口馈入相应的所述馈电电缆30，由于所述馈电电缆30与所述微波基板10连接的一端的内导体和外导体都与所述金属接地面5焊接，因此所述馈电电缆30在该端近似为短路，导致所述馈电电缆30的内部形成很大的驻波，同时有小部分的电磁波能够从所述耦合缝隙4耦合到所述非均匀阻抗谐振器20。同理，所述非均匀阻抗谐振器20中的小部分电磁场能量也可以通过另一端的所述耦合缝隙4耦合到另一端的所述馈电电缆30，并馈入另一端口。

电磁波的频率越接近所述非均匀阻抗谐振器20的谐振频率，其通过该二端口电路的能力也就越强，因此所述复介电常数测量组件100的传输系数S21在谐振频率处是一个尖峰值，而根据这个尖峰值可以确定所述复介电常数测量组件100的谐振频率f，并根据整个传输系数曲线可以计算得到该二端口电路的无载品质因素Q。当待测平板介质覆盖在所述非均匀阻抗线2上时，由于非均匀阻抗线2上方的电磁场发生了变化，也即所述非均匀阻抗线2各处的特征阻抗和损耗均发生了变化，因此所述复介电常数测量组件100的谐振频率f和无载品质因素Q也会相应发生变化。

图4是所述复介电常数测量组件100测量平板介质7的使用状态示意图。测量过程中，将所述馈电电缆30一端的接头连接到微波矢量网络分析仪的两个端口，从而获得所述复介电常数测量组件的传输系数S21曲线。具体操作过程为：先不放置待测所述待测平板介质7，获取当前的谐振频率f₁和无载品质因素Q₁；然后放置所述待测平板介质7并对其进行测量，将所述微波基板10的正面1紧贴在所述平板介质7上，获取当前的谐振频率f₂和无载品质因素Q₂。

根据双层微带线的基本理论，所述平板介质7的有效介电常数Er是测量前后的谐振频率的比值与所述平板介质7的厚度H的函数：

$E_r=f(\frac{f_1}{f_2},H)$

而所述待测平板介质7的损耗正切角δ是测量前后谐振的谐振频率的比值所述平板介质7的厚度H以及测量前后的无载品质因素Q₁、Q₂的倒数之差的函数：

$tan\mathrm{\δ}=f(\frac{f_1}{f_2},H,\frac{1}{Q_2}-\frac{1}{Q_1})$

上述两个公式的具体形式可以利用电磁仿真软件搭建模型仿真，计算当所述平板介质7的厚度H、有效介电常数E_r以及损耗正切角tanδ在一定范围内变化时，所述复介电常数测量组件100的谐振频率f和无载品质因素Q的具体数值，将仿真结果进行处理并拟合出上述两个公式的具体表达式。最终可以得到所述平板介质7的有效介电常数E_r和损耗正切角tanδ。

以上所述仅是本实用新型的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种复介电常数测量组件，其特征在于，包括微波基板、设置在所述微波基板上的非均匀阻抗谐振器及用于为非均匀阻抗谐振器馈电的馈电电缆；所述非均匀阻抗谐振器包括依次连接的非均匀阻抗线、接地通孔及金属接地面，所述非均匀阻抗线设置在所述微波基板正面，接地通孔贯穿所述微波基板正面和背面，所述金属接地面印制在所述微波基板背面，所述金属接地面内蚀刻有用于所述馈电电缆耦合馈电的耦合缝隙。

2.根据权利要求1所述的复介电常数测量组件，其特征在于，所述非均匀阻抗谐振器的长度小于四分之一波长。

3.根据权利要求1所述的复介电常数测量组件，其特征在于，所述非均匀阻抗线包括相互连接的第一端和第二端，并且第二端的线宽大于第一端的线宽，所述第一端的末端与所述接地通孔连接，所述第二端的末端开路。

4.根据权利要求3所述的复介电常数测量组件，其特征在于，所述两条耦合缝隙在所述微波基板的正面的投影对称地分布于所述第一端的左右两侧。

5.根据权利要求1所述的复介电常数测量组件，其特征在于，所述馈电电缆包括同轴电缆，所述同轴电缆与所述微波基板连接的一端的内导体焊接在所述耦合缝隙一侧的金属区，其外导体焊接在所述耦合缝隙另一侧的金属区。