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Rog博客由罗杰斯公司(Rogers Corporation)的John Coonrod及其他专家提供,包括有关RF/微波材料的技术咨询和信息。
用微带电路进行介电常数的测试
录入时间:2013/10/1 11:33:13

电路设计者通过相对介电常数等参数来选择印刷电路板(PCB)的基材。层压板供应商在他们的参数表中以及网站上都提供了Dk值,但是由于Dk值和客户特定的应用密切相关,因此他们希望能够通过测试Dk值进行再次确认。上一篇博文讨论了在材料的原始形态也就是说没有加工形成电路的情况下,材料制造商用来测试绝缘材料Dk值的四种典型的方法。本文将会讨论材料使用者经常会用到的几种测试层压板Dk值的方法,我们会重点讨论一种实用的方法。

 和材料生产商所使用的方法相比,使用层压板的射频/微波电路设计者通常是依赖于在材料上加工形成并测试具有已知特点的电路与结构,所使用的电路与结构应该和期望的应用密切相关的。这些测试结果可以和微带设计方程式计算出来的结果相比较,微带设计方程式将传输线的物理尺寸和电性能参数联系起来,比如说频率和相位。

 常用的一些微带测试电路包括微带线环形谐振器、带状线谐振器、高度选择性滤波器,以及相位延迟电路。当然,我们有很多选项可以选择,其中差相长度法中用到的相位是一个表征微带传输线性能的非常好的指标。这是一个相对简单的方法,而且能够在一个很宽的频率范围内提供Dk值。

 微带线差相长度方法是基于在同种材料上加工形成两条紧紧相邻的传输线电路。这两个电路除了长度之外应该是完全一样的。通常我们会用长度比为3:1或者更大的一长一短两个电路。两个电路上的连接器应该是一模一样的。理想地,应该用压接式连接器,这样的话就可以在两个电路上用同一对连接器。如果可能的话,用于信号发射的制具应该尽量是低反射的。

 差相长度方法的基本概念相对来说是很简单的。在离散频率上,我们来测量两个不同长度的电路的相位响应。当我们知道了两个电路的长度差(ΔL)和相位差(ΔΦ)之后,就可以用微带线差相公式来计算电路的有效介电常数eff)了。一旦有了测试数据,以下公式就可以用来计算在特定频率上的等效Dk值。

一旦我们知道了εeff ,把电路的几何形状也考虑在内的软件可以通过迭代过程获得Dk值。当在一个频率上完成了测试,这个过程就会在下一个更高的频率上进行重复测试,以此类推,直到最后生成一个宽频范围内介电常数 vs. 频率的图表,如下图所示。

 

850GHz测试

 

平均         3.02

标准公差     0.002   

离差          0.4

介电常数 vs. 频率的图表不仅为评估材料在不同频率上的Dk值提供了非常好的参考,而且是材料色散性的一个指标。从图上我们可以看出这种材料的色散很小。对于一些材料来说,这条线的斜率是一个绝对值很大的负值,这就表示这种材料的色散很大;色散的概念是指相对于频率变化的Dk值的变化。                                                                                                                            

每种Dk测试方法都有其长处和弊端。差相长度测试方法是一种基于传输/反射的测试方法,通常这样的测试方法没有谐振的方法那么精确。但是,差相长度方法能够提供一个宽频范围内的Dk值,而谐振方法通常只能提供在一个或者几个离散的频率上的Dk值。

无论选择了哪种测试电路或者Dk测试方法,设计者应该尽量选择和实际应用电路相匹配的测试电路/方法,这样就可以获得最接近于应用中的层压板的Dk值的测试结果。为了帮助设计者进一步的理解,下一篇博文将讨论相对介电常数的实际值,就是我们所说的“设计用的Dk值”。这个值是为了电路设计者才发展出来的,主要是为了能够在用现代电路以及电磁波模拟软件设计射频/微波电路的时候提供更加可靠和精确的结果。

你有设计或者加工方面的问题吗?John Coonrod 和 Joe Davis可以提供帮助。今天就登陆罗杰斯技术支持中心向工程师提问吧。


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