CN216354718U - 提取介质材料的特性结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种提取介质材料的特性结构，用于提取介质材料的绝对介电常数和损耗角正切，包括顶层、介质层和底层，所述介质层位于顶层和底层之间，所述顶层、所述介质层和所述底层通过若干过孔结构进行连接，所述过孔结构通过预设的直径和间距进行排布，所述过孔结构的内壁设有金属连接层，所述顶层和所述底层通过金属连接层电气连接。本实用新型公开的一种提取介质材料的特性结构，其通过谐振器来提取介质材料的绝对介电常数以及损耗角正切。
Description
技术领域
本实用新型属于提取介质材料的特性技术领域，具体涉及一种提取介质材料的特性结构。
背景技术
随着无线技术的快速迭代，目前SiP(System-in-package,系统级封装)应运而生。SiP属于晶圆级封装，可将无源器件与有源器件通过介质板材料组合在一起，大大提高了集成度。但是对于精确的设计高频电路或者微波器件，基板材料的相对介电常数以及损耗角正切是至关重要的，特别是在毫米波范围。但是目前基板材料的厂商仅能提供10GHz以内的参数，结果导致在目前的毫米波设计中经常会出现频偏等现象。
目前主流的方法是通过设计不同形状的微带谐振器以获得材料的相对介电常数和损耗角正切。由于微带谐振器的参数依赖于基板材料的厚度，在特定的频率下，通常需要针对不同厚度设计多个谐振器。此外，由于微带线横截面的场是不均匀的，该方法适合提取有效介电常数而不是绝对介电常数。
因此，针对上述问题，予以进一步改进。
实用新型内容
本实用新型的主要目的在于提供取介质材料的特性结构，其通过谐振器来提取介质材料的绝对介电常数以及损耗角正切。
为达到以上目的，本实用新型提供一种提取介质材料的特性结构，用于提取介质材料的绝对介电常数和损耗角正切，包括顶层、介质层和底层，所述介质层位于顶层和底层之间，其中：
所述顶层、所述介质层和所述底层通过若干过孔结构进行连接，所述过孔结构通过预设的直径和间距进行排布，所述过孔结构的内壁设有金属连接层，所述顶层和所述底层通过金属连接层电气连接(用于形成介质集成波导)；
所述顶层设有U型槽结构，所述U型槽结构包括第一槽口和第二槽口，所述第一槽口和所述第二槽口连通，所述第一槽口设有第一接地端G1并且所述第二槽口设有第二接地端G2，所述第一槽口和所述第二槽口之间设有凸块，所述凸块为短路微带线，所述凸块设有信号输入端S，信号输入端S连接谐振器。
作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，U型槽结构位于谐振器的磁场能量最大处。
作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，所述过孔结构的直径和间距相同。
作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，所述顶层为铜材料，厚度为35um。
作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，所述介质层的厚度为0.254mm，所述底层为铜材料，厚度为35um。
本实用新型的有益效果为：
1.结果更加精确，误差很小，且得到的介电常数为绝对介电常数而非等效介电常数。
2.厚度小于半波长时，此结构不受板厚影响，均可得到材料的绝对介电常数。换句话讲，介质板的厚度小于半波长时，结构通用，无需重新设计新的结构。
3.结构简单，目前的蚀刻加工误差，对结果无影响。
附图说明
图1是本实用新型的提取介质材料的特性结构的结构示意图。
图2是本实用新型的提取介质材料的特性结构的损耗角正切示意图。
附图标记包括：100、顶层；110、过孔结构；120、U型槽结构；121、第一槽口；122、第二槽口；123、凸块。
具体实施方式
以下描述用于揭露本实用新型以使本领域技术人员能够实现本实用新型。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本实用新型的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本实用新型的精神和范围的其他技术方案。
本实用新型公开了提取介质材料的特性结构，下面结合优选实施例，对实用新型的具体实施例作进一步描述。
在本实用新型的实施例中，本领域技术人员注意，本实用新型涉及的谐振器和铜等可被视为现有技术。
第一实施例。
本实用新型公开了一种提取介质材料的特性结构，用于提取介质材料的绝对介电常数和损耗角正切，包括顶层100、介质层和底层，所述介质层位于顶层100和底层之间，其中：
所述顶层100、所述介质层和所述底层通过若干过孔结构110进行连接，所述过孔结构通过预设的直径和间距进行排布，所述过孔结构110的内壁设有金属连接层(包括电镀等方式处理)，所述顶层100和所述底层通过金属连接层电气连接(用于形成介质集成波导，SIW，substrate integrated waveguide)；
所述顶层100设有U型槽结构120，所述U型槽结构120包括第一槽口121和第二槽口122，所述第一槽口121和所述第二槽口122连通，所述第一槽口121设有第一接地端G1并且所述第二槽口122设有第二接地端G2，所述第一槽口121和所述第二槽口122之间设有凸块123，所述凸块123为短路微带线，所述凸块123设有信号输入端S，信号输入端S连接谐振器。
具体的是，所述过孔结构110的直径和间距相同
更具体的是，所述顶层为铜材料，厚度为35um。
进一步的是，所述介质层的厚度为0.254mm，所述底层为铜材料，厚度为35um。
第二实施例(优选实施例)。
本实用新型公开了一种提取介质材料的特性结构，用于提取介质材料的绝对介电常数和损耗角正切，包括顶层100、介质层和底层，所述介质层位于顶层100和底层之间，其中：
所述顶层100、所述介质层和所述底层通过若干过孔结构110进行连接，所述过孔结构110通过预设的直径和间距进行排布，所述过孔结构110的内壁设有金属连接层(包括电镀等方式处理)，所述顶层100和所述底层通过金属连接层电气连接(用于形成介质集成波导，SIW，substrate integrated waveguide)；
所述顶层100设有U型槽结构120，所述U型槽结构120包括第一槽口121和第二槽口122，所述第一槽口121和所述第二槽口122连通，所述第一槽口121设有第一接地端G1并且所述第二槽口122设有第二接地端G2，所述第一槽口121和所述第二槽口122之间设有凸块123，所述凸块123为短路微带线，所述凸块123设有信号输入端S，信号输入端S连接谐振器。
优选地，U型槽结构位于谐振器的磁场能量最大处。
具体的是，所述过孔结构110的直径和间距相同
更具体的是，所述顶层为铜材料，厚度为35um。
进一步的是，所述介质层的厚度为0.254mm，所述底层为铜材料，厚度为35um。
本实用新型的原理为：
两层PCB结构。Top(顶层)，材料：铜；厚度35um；介质层，材料：Rogers4350B，厚度0.254mm；Bottom(底层)，材料：铜，厚度35um；顶层和底层通过过孔连接。
Top层上开设U型槽结构。具体如图1所示。
过孔的直径用d表示，过孔之间的间距用s表示，结构的长用b表示，宽用a表示。
图中的G表示接地端，S表示信号输入端。
能量由U型槽输入进谐振器，进而在谐振器中产生谐振，通过测量整个结构的反射系数，进而得到谐振频率，以及品质因数，经过一些数值计算即可得到材料的介电常数和损耗角正切。
其中U型槽的位置需要在谐振器中磁场能量最大处：
SIW谐振器工作模式TEmn0的谐振频率公式：
本实用新型设计的谐振器工作的模式为TE120，即m＝1,n＝2。
其中：
宽度与长度公式一致，只是将a换成b即可得到beff
其中s、d和a需要满足以下的关系：
s<2d，d<0.2a(宽度就是d<0.2b)。
测试得到谐振频率后，根据下面的公式可以计算出材料的介电常数
其中m＝1,n＝2。
馈电方式本实用新型采用U型槽馈电，如图1中所示。
损耗角正切计算公式为：
tanδ＝(f2-f3)/f1；
图2所示为Q值测量方法原理。损耗角正切与Q值相乘等于1，tanδ＝(f2-f3)/f1，f1、f2和f3为频率。
例如，d＝0.254mm，s＝0.43mm，a＝4.3mm，b＝10.75mm,馈电结构：S线宽0.15mm，于G的间距0.28mm。板材Rogers4350B，仿真介电常数3.66，损耗角正切0.004；
其中f1＝25.05GHz，f2＝23.99GHz，f3＝24.12GHz，计算得tanδ＝0.005，
根据公式计算相对介电常数εr＝24.04GHz；
其中损耗角正切偏大的原因为未考虑金属损耗，但由于实际蚀刻加工，金属不一定是平滑的，而是具有一定的粗糙度，由于粗糙度的随机性，所以本实用新型不对其进行考虑。
值得一提的是，本实用新型专利申请涉及的谐振器和铜等技术特征应被视为现有技术，这些技术特征的具体结构、工作原理以及可能涉及到的控制方式、空间布置方式采用本领域的常规选择即可，不应被视为本实用新型专利的发明点所在，本实用新型专利不做进一步具体展开详述。
对于本领域的技术人员而言，依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围。
Claims (5)
1.一种提取介质材料的特性结构，用于提取介质材料的绝对介电常数和损耗角正切，其特征在于，包括顶层、介质层和底层，所述介质层位于顶层和底层之间，其中：
所述顶层、所述介质层和所述底层通过若干过孔结构进行连接，所述过孔结构通过预设的直径和间距进行排布，所述过孔结构的内壁设有金属连接层，所述顶层和所述底层通过金属连接层电气连接；
所述顶层设有U型槽结构，所述U型槽结构包括第一槽口和第二槽口，所述第一槽口和所述第二槽口连通，所述第一槽口设有第一接地端G1并且所述第二槽口设有第二接地端G2，所述第一槽口和所述第二槽口之间设有凸块，所述凸块为短路微带线，所述凸块设有信号输入端S，信号输入端S连接谐振器。
2.根据权利要求1所述的一种提取介质材料的特性结构，其特征在于，U型槽结构位于谐振器的磁场能量最大处。
3.根据权利要求2所述的一种提取介质材料的特性结构，其特征在于，所述过孔结构的直径和间距相同。
4.根据权利要求3所述的一种提取介质材料的特性结构，其特征在于，所述顶层为铜材料，厚度为35um。
5.根据权利要求4所述的一种提取介质材料的特性结构，其特征在于，所述介质层的厚度为0.254mm，所述底层为铜材料，厚度为35um。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN202123061202.1U CN216354718U (zh) | 2021-12-07 | 2021-12-07 | 提取介质材料的特性结构 |
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| CN216354718U true CN216354718U (zh) | 2022-04-19 |
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Family Applications (1)
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| CN202123061202.1U Active CN216354718U (zh) | 2021-12-07 | 2021-12-07 | 提取介质材料的特性结构 |
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2021
- 2021-12-07 CN CN202123061202.1U patent/CN216354718U/zh active Active
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