介電常數(shù)測(cè)量的微帶短路線法及實(shí)現(xiàn)技術(shù).pdf

1、電路設(shè)計(jì)和分析中，阻抗控制以及信號(hào)的完整性一直是大家關(guān)注的問題，而介電常數(shù)是其中至關(guān)重要的一個(gè)材料參數(shù)。在某些場(chǎng)合的應(yīng)用中，傳統(tǒng)的+/-10％的阻抗控制精度已經(jīng)無法保證產(chǎn)品性能的一致性，相繼有+/-7%，乃至+/-5%的精度要求出現(xiàn)。我們知道，除了廠家加工中的固有精度誤差外，板材的儲(chǔ)存和使用環(huán)境的變化也會(huì)對(duì)介電常數(shù)值產(chǎn)生影響，這樣單純按照原材料廠家提供的參數(shù)已經(jīng)逐漸不能滿足設(shè)計(jì)中對(duì)于阻抗控制精度的需要，所以必須要在實(shí)際設(shè)計(jì)和制作前對(duì)使用

2、的板材進(jìn)行介電常數(shù)的測(cè)定，以確保阻抗控制的精度。
　　目前關(guān)于介電常數(shù)量測(cè)已經(jīng)有了很多研究，也提出了很多不同的測(cè)量方法。這里暫且不討論用波導(dǎo)的方法進(jìn)行介電常數(shù)的測(cè)量，主要討論以PCB量測(cè)的方式來獲得介電常數(shù)。在利用PCB微帶線進(jìn)行板材介電常數(shù)的測(cè)定中，比較常用的有1/2波長(zhǎng)終端耦合串聯(lián)共振法和1/4波長(zhǎng)開路短枝共振法。其中，1/2波長(zhǎng)終端耦合串聯(lián)共振法是利用制作傳輸線，使用終端耦合串聯(lián)的結(jié)構(gòu)，借助間隙在高頻時(shí)產(chǎn)生的信號(hào)耦合進(jìn)而引發(fā)

3、共振來求得共振頻率，然后通過經(jīng)驗(yàn)公式得到有效介電常數(shù)；而1/4波長(zhǎng)開路短枝共振法是利用1/4波長(zhǎng)變換的原理，即一端阻抗無窮大時(shí)另外一端可視為短路。在用微帶線進(jìn)行雙端口信號(hào)傳輸中，當(dāng)短枝滿足1/4波長(zhǎng)時(shí)，信號(hào)的插入損耗會(huì)變得異常大。經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)分析儀的測(cè)量可以得到3dB頻率點(diǎn)，考慮到已知實(shí)際的1/4波長(zhǎng)開路線的長(zhǎng)度，通過經(jīng)驗(yàn)公式的計(jì)算即可獲得有效介電常數(shù)。以上兩種方法要么是利用開路耦合進(jìn)行共振，要么是利用1/4波長(zhǎng)變換形成開路點(diǎn)，可見短路法在

4、實(shí)際量測(cè)中很少應(yīng)用，這是由于在PCB上用微帶線實(shí)現(xiàn)寬頻域較為理想的短路是非常困難的?？紤]到波導(dǎo)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)理想短路的方法，如果我們?cè)赑CB上可以用類似的方法來實(shí)現(xiàn)較為理想的短路，那么就能夠采用短路法來求得板材的相對(duì)介電常數(shù)。
　　本文就是從以上的假想出發(fā)，利用在印刷電路板上制作較為理想的微帶短路線，通過矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀量測(cè)單端口的輸入阻抗峰值（或 S參數(shù)反射系數(shù)的相位零點(diǎn)）所對(duì)應(yīng)的頻點(diǎn)，進(jìn)而求得微帶線在高頻信號(hào)傳輸中所對(duì)應(yīng)的相位速率，