微波介质基板宽带连续介电特性参数的检测方法.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010667847.0 (22)申请日 2020.07.13 (71)申请人 东南大学 地址 211189 江苏省南京市江宁区东南大 学路2号 (72)发明人 蔡龙珠曾一轩 (74)专利代理机构 南京经纬专利商标代理有限 公司 32200 代理人 汤金燕 (51)Int.Cl. G01R 27/26(2006.01) (54)发明名称 微波介质基板宽带连续介电特性参数的检 测方法 (57)摘要 本发明公开了一种微波介质基板宽带连续 介电特性参数的检测方法， 可以基于两个直线。

2、导 波结构组建测试装置， 在测试装置上固定待测材 料的两端， 得到两个直线导波结构的散射参数， 将散射参数转换成对应的ABCD矩阵， 以得到第一 直线导波结构对应的第一ABCD矩阵和第二直线 导波结构对应的第二ABCD矩阵， 基于双线优化的 ABCD矩阵， 推算出优化后的复传播常数表达式， 从而获取直线导波结构的导体损耗和辐射损耗， 计算介质损耗， 确定介质基板介质损耗正切， 以 对综合相数、 直线损耗、 有效介电常数、 介质基板 介电常数、 介质损耗和介质基板介质损耗正切等 介电特性参数进行准确检测， 使检测得到的介电 特性参数具有较高的精度。 权利要求书3页 说明书12页 附图6页 CN 。

3、111880012 A 2020.11.03 CN 111880012 A 1.一种微波介质基板宽带连续介电特性参数的检测方法， 其特征在于， 包括如下步骤： S10， 基于两个直线导波结构组建测试装置， 通过一组高频微波连接器在测试装置上固 定待测材料的两端； 所述直线导波结构的两端设有高频微波连接器， 以使测试装置连接直 线导波结构； 所述两个直线导波结构包括第一直线导波结构和第二直线导波结构， 第一直 线导波结构的长度大于第二直线导波结构的长度； S20， 利用矢量网络分析仪对两个直线导波结构分别进行测试， 得到两个直线导波结构 的散射参数； S30， 将所述两个直线导波结构的散射参数转。

4、换成对应的ABCD矩阵， 得到第一直线导波 结构对应的第一ABCD矩阵和第二直线导波结构的第二ABCD矩阵； S40， 根据所述第一ABCD矩阵和第二ABCD矩阵计算得到优化后的综合相数和直线损耗， 根据综合相数-有效介电常数等式确定有效介电常数； 所述相数-有效介电常数等式记录综 合相数和有效介电常数之间的关系； S50， 根据有效介电常数确定待测材料的介质基板介电常数； S60， 获取直线导波结构的导体损耗和辐射损耗， 根据直线损耗、 导体损耗和辐射损耗 计算介质损耗， 根据介质损耗、 有效介电常数及介质基板介电常数确定介质基板介质损耗 正切。 2.根据权利要求1所述的微波介质基板宽带连续。

5、介电特性参数的检测方法， 其特征在 于， 所述ABCD矩阵包括： 式中， A表示ABCD矩阵的第一参量， B表示ABCD矩阵的第二参量， C表示ABCD矩阵的第三 参量， D表示ABCD矩阵的第四参量， S11表示输入反射系数， S12表示反向传输系数， S21表示正 向传输系数， S22表示输出反射系数， Zc表示直线导波结构的直线特征阻抗。 3.根据权利要求1所述的微波介质基板宽带连续介电特性参数的检测方法， 其特征在 于， 所述综合相数计算公式包括： 所述直线损耗的计算公式包括： 式中， 表示综合相数， 表示直线损耗， AL1表示第一ABCD矩阵的第一矩阵参数， DL1表示 第一ABCD。

6、矩阵的第四矩阵参数， AS1表示第二ABCD矩阵的第一矩阵参数， DS1表示第二ABCD矩 阵的第四矩阵参数， Re表示求实部， Im表示求虚部， L1表示第一直线长波导结构的直线长 权利要求书 1/3 页 2 CN 111880012 A 2 度， S1表示第二直线短波导结构的直线长度。 4.根据权利要求3所述的微波介质基板宽带连续介电特性参数的检测方法， 其特征在 于， 所述相数-有效介电常数等式包括： 式中，eff表示有效介电常数等式， f表示工作频率， c表示光速。 5.根据权利要求4所述的微波介质基板宽带连续介电特性参数的检测方法， 其特征在 于， 所述介质基板介电常数的计算公式包括。

7、： 式中，r表示介质基板介电常数， q表示直线导波结构的填充因子。 6.根据权利要求1所述的微波介质基板宽带连续介电特性参数的检测方法， 其特征在 于， 所述介质损耗的计算公式包括： d - c- r， 所述介质基板介质损耗正切的计算公式包括： 式中， d表示介质损耗， c表示导体损耗， r表示辐射损耗， tan 表示介质基板介质损耗 正切， eff表示有效介电常数等式， f表示工作频率， c表示光速，r表示介质基板介电常数， q 表示直线导波结构的填充因子。 7.根据权利要求6所述的微波介质基板宽带连续介电特性参数的检测方法， 其特征在 于， 所述导体损耗的计算公式包括： 式中， Rc表示中。

8、心信号导体的分布串联电阻， Rg表示地平面的分布串联电阻， Zc表示波 导结构的特征阻抗 ， 其计算公式为 ： 其中T是金属 导体的厚度， 集肤效应电阻 、 、 分别是集肤深度、 金属导体电导率、 自由空间的 磁导率， 且k0表示模其中， S表示中心信号导体的线宽， W表示中心信号导 体与地平面的间距,k0 表示与模k0相关联的互补模， K表示表示第一类完全椭圆积分。 8.根据权利要求6所述的微波介质基板宽带连续介电特性参数的检测方法， 其特征在 于， 所述辐射损耗的计算公式包括： 权利要求书 2/3 页 3 CN 111880012 A 3 其中， 上标表示互补模。 9.根据权利要求1所述的。

9、微波介质基板宽带连续介电特性参数的检测方法， 其特征在 于， 所述第一直线导波结构的长度是第二直线导波结构的长度的2倍或者2倍以上。 10.根据权利要求1所述的微波介质基板宽带连续介电特性参数的检测方法， 其特征在 于， 所述测试装置中对于待测材料的固定安装包括焊接或直接夹紧的固定方式。 权利要求书 3/3 页 4 CN 111880012 A 4 微波介质基板宽带连续介电特性参数的检测方法 技术领域 0001 本发明涉及介质基板介电特性参数提取测试技术领域， 尤其涉及一种微波介质基 板宽带连续介电特性参数的检测方法。 背景技术 0002 在设计微波(MW)/毫米波(MMW)/太赫兹(THz)。

10、器件和电路时， 了解所用介质基板衬 底的介电特性(介电常数和介电损耗角正切)是非常重要的。 而真正的情况是， 介质基板制 造商通常只在一个单一的频率下提供介电信息， 如1GHz或10GHz。 一般情况下， 介电性能在 很小的频率范围内不会发生显著变化， 但还是会导致器件的频率偏移和性能发生一定偏 差。 此外， 来自不同制造商和不同批次的基板材料也可能具有不同的介电性能。 同时， 随着 材料技术的发展， 越来越多的新材料被开发出来应用于电磁场领域。 因此， 微波波段介电特 性的提取一直是非常重要和有意义的， 特别是对于新开发的材料。 0003 相关文献中提出了许多提取介电性能的方法和技术， 可分。

11、为两大类。 一种是窄带 测量技术， 另一种是宽带测量技术。 窄带测量技术主要是基于谐振腔的， 它可以提供更精确 的测量结果， 但只适用于离散谐振点。 宽带测量技术通常依赖于电磁波的传输或反射， 而不 是使用谐振腔， 因此该技术可以提供宽带和连续的材料特性。 0004 目前有一些利用多线来提取微波介质基板材料参数的。 然而， 采用这些方法检测 得到的微波介质基板材料参数往往存在精度低或者准确性低的问题。 发明内容 0005 针对以上问题， 本发明提出一种微波介质基板宽带连续介电特性参数的检测方 法。 0006 为实现本发明的目的， 提供一种微波介质基板宽带连续介电特性参数的检测方 法， 包括如下。

12、步骤： 0007 S10， 基于两个直线导波结构组建测试装置， 通过一组高频微波连接器在测试装置 上固定待测材料的两端； 所述直线导波结构的两端设有高频微波连接器， 以使测试装置连 接直线导波结构； 所述两个直线导波结构包括第一直线导波结构和第二直线导波结构， 第 一直线导波结构的长度大于第二直线导波结构的长度； 0008 S20， 利用矢量网络分析仪对两个直线导波结构分别进行测试， 得到两个直线导波 结构的散射参数； 0009 S30， 将所述两个直线导波结构的散射参数转换成对应的ABCD矩阵， 得到第一直线 导波结构对应的第一ABCD矩阵和第二直线导波结构的第二ABCD矩阵； 0010 S。

13、40， 根据所述第一ABCD矩阵和第二ABCD矩阵计算得到优化后的综合相数和直线 损耗， 根据综合相数-有效介电常数等式确定有效介电常数； 所述相数-有效介电常数等式 记录综合相数和有效介电常数之间的关系； 0011 S50， 根据有效介电常数确定待测材料的介质基板介电常数； 说明书 1/12 页 5 CN 111880012 A 5 0012 S60， 获取直线导波结构的导体损耗和辐射损耗， 根据直线损耗、 导体损耗和辐射 损耗计算介质损耗， 根据介质损耗、 有效介电常数及介质基板介电常数确定介质基板介质 损耗正切。 0013 在一个实施例中， 所述ABCD矩阵包括： 0014 0015 式。

14、中， A表示ABCD矩阵的第一参量， B表示ABCD矩阵的第二参量， C表示ABCD矩阵的 第三参量， D表示ABCD矩阵的第四参量， S11表示输入反射系数， S12表示反向传输系数， S21表 示正向传输系数， S22表示输出反射系数， Zc表示直线导波结构的直线特征阻抗。 0016 在一个实施例中， 所述综合相数计算公式包括： 0017 0018 所述直线损耗的计算公式包括： 0019 0020 式中， 表示综合相数， 表示直线损耗， AL1表示第一ABCD矩阵的第一矩阵参数， DL1 表示第一ABCD矩阵的第四矩阵参数， AS1表示第二ABCD矩阵的第一矩阵参数， DS1表示第二 AB。

15、CD矩阵的第四矩阵参数， Re表示求实部， Im表示求虚部， L1表示第一直线长波导结构的直 线长度， S1表示第二直线短波导结构的直线长度。 0021 具体地， 所述相数-有效介电常数等式包括： 0022 0023 式中，eff表示有效介电常数等式， f表示工作频率， c表示光速。 0024 具体地， 所述介质基板介电常数的计算公式包括： 0025 0026 式中，r表示介质基板介电常数， q表示直线导波结构的填充因子。 0027 在一个实施例中， 所述介质损耗的计算公式包括： 0028 d - c- r， 0029 所述介质基板介质损耗正切的计算公式包括： 说明书 2/12 页 6 CN 。

16、111880012 A 6 0030 0031 式中， d表示介质损耗， c表示导体损耗， r表示辐射损耗， tan 表示介质基板介质 损耗正切， eff表示有效介电常数等式， f表示工作频率， c表示光速， r表示介质基板介电常 数， q表示直线导波结构的填充因子。 0032 具体地， 所述导体损耗的计算公式包括： 0033 0034 式中， Rc表示中心信号导体的分布串联电阻， Rg表示地平面的分布串联电阻， Zc表 示波导结构的特征阻抗， 其计算公式为： 其中T是金属 导体的厚度， 集肤效应电阻 、 、 分别是集肤深度、 金属导体电导率、 自由空间的 磁导率， 且k0表示模其中， S表示。

17、中心信号导体的线宽， W表示中心信号导 体与地平面的间距,k0 表示与模k0相关联的互补模， K表示表示第一类完全椭圆积分。 0035 具体地， 所述辐射损耗的计算公式包括： 0036 0037 0038 0039 其中， S表示中心信号导体的线宽， W表示中心信号导体与地平面的间距， K(k0)表 示第一类完全椭圆积分， 上标表示互补模。 0040 在一个实施例中， 所述第一直线导波结构的长度是第二直线导波结构的长度的2 倍或者2倍以上。 0041 在一个实施例中， 所述测试装置中对于待测材料的固定安装包括焊接或直接夹紧 的固定方式。 0042 上述微波介质基板宽带连续介电特性参数的检测方法。

18、， 可以基于两个直线导波结 构组建测试装置， 通过一组高频微波连接器在测试装置上固定待测材料的两端， 利用矢量 网络分析仪对两个直线导波结构分别进行测试， 得到两个直线导波结构的散射参数， 将散 射参数转换成对应的ABCD矩阵， 以得到第一直线导波结构对应的第一ABCD矩阵和第二直线 说明书 3/12 页 7 CN 111880012 A 7 导波结构对应的第二ABCD矩阵， 根据第一ABCD矩阵和第二ABCD矩阵分别确定综合相数和直 线损耗， 根据相数和相数-有效介电常数等式确定有效介电常数， 根据有效介电常数确定待 测材料的介质基板介电常数， 获取直线导波结构的导体损耗和辐射损耗， 根据直。

19、线损耗、 导 体损耗和辐射损耗计算介质损耗， 根据介质损耗和有效介电常数确定介质基板介质损耗正 切， 以对综合相数、 直线损耗、 有效介电常数、 介质基板介电常数、 介质损耗和介质基板介质 损耗正切等介电特性参数进行准确检测， 其中建立提取介质基板介电常数 r和介质损耗正 切tan 的理想模型， 用以缓解微波连接器在固定安装过程中造成的误差影响， 使检测得到 的介电特性参数具有较高的精度。 附图说明 0043 图1是一个实施例的微波介质基板宽带连续介电特性参数的检测方法流程图； 0044 图2是一个实施例的基于ABCD矩阵的双线双端口导波结构的测试夹具示意图； 0045 图3是一个实施例中现介。

20、质基板介电参数的提取三维模型示意图； 0046 图4是一个实施例中基于不接地共面波导的短线结构的俯视图； 0047 图5为一个实施例中基于双线优化、 长直线、 短直线推导得到的相数 结果示意图； 0048 图6是一个实施例中基于双线优化、 长直线、 短直线推导得到的有效介电常数 eff 结果示意图； 0049 图7是一个实施例中基于双线优化、 长直线、 短直线推导得到介质基板介电常数 r 结果示意图； 0050 图8是一个实施例中基于双线优化推导得到介质基板介电常数 r的放大结果示意 图； 0051 图9为一个实施例中基于双线优化方法得到的总的直线损耗 ， 导体损耗 c， 辐射 损耗 r， 介。

21、质损耗 d结果示意图； 0052 图10为一个实施例中基于双线优化推导得到的介质基板介质损耗正切值tan 结 果示意图。 具体实施方式 0053 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。 0054 在本文中提及 “实施例” 意味着， 结合实施例描述的特定特征、 结构或特性可以包 含在本申请的至少一个实施例中。 在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同 的实施例， 也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。 本领域技术人员显式地和 隐式地理解。

22、的是， 本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。 0055 参考图1所示， 图1为一个实施例的微波介质基板宽带连续介电特性参数的检测方 法流程图， 包括如下步骤： 0056 S10， 基于两个直线导波结构组建测试装置， 通过一组高频微波连接器在测试装置 上固定待测材料的两端； 所述直线导波结构的两端设有高频微波连接器， 以使测试装置连 接直线导波结构； 所述两个直线导波结构包括第一直线导波结构和第二直线导波结构， 第 说明书 4/12 页 8 CN 111880012 A 8 一直线导波结构的长度大于第二直线导波结构的长度； 0057 S20， 利用矢量网络分析仪对两个直线导波结构分别进行测。

23、试， 得到两个直线导波 结构的散射参数； 0058 S30， 将所述两个直线导波结构的散射参数转换成对应的ABCD矩阵， 得到第一直线 导波结构对应的第一ABCD矩阵和第二直线导波结构的第二ABCD矩阵； 0059 S40， 根据所述第一ABCD矩阵和第二ABCD矩阵计算得到优化后的综合相数和直线 损耗(如综合直线损耗)， 根据综合相数-有效介电常数等式确定有效介电常数； 所述相数- 有效介电常数等式记录综合相数和有效介电常数之间的关系； 具体地， 该步骤可以基于第 一ABCD矩阵和第二ABCD矩阵得到优化后复传播常数表达式， 即基于双线优化提取出直线结 构的总衰减和相数； 0060 S50，。

24、 根据有效介电常数确定待测材料的介质基板介电常数； 0061 S60， 获取直线导波结构的导体损耗和辐射损耗， 根据直线损耗、 导体损耗和辐射 损耗计算介质损耗， 根据介质损耗、 有效介电常数及介质基板介电常数确定介质基板介质 损耗正切。 0062 上述待测材料为待测的电介质材料， 如待测的直线导波结构等。 两个直线导波结 构可以包括适用于不接地共面波导结构、 微带线、 带状线、 或者基片集成波导等等。 0063 本实施例基于两条不同长度的直线微波导波结构(直线导波结构)组成测试装置， 分别由各自所得的散射参数(S参数)结果， 转换成对应的ABCD矩阵， 并将ABCD矩阵与复传播 常数相联系，。

25、 通过基于双线优化的ABCD矩阵， 推算出优化后的复传播常数表达式， 进而可以 直接提取出直线导波结构的总衰减 、 相数 、 特性阻抗Zc、 介质基板的介电常数 r和介质损 耗正切值tan 。 该双线优化方法， 相对于单线方法， 可以缓解微波连接器在固定安装过程中 造成的误差影响， 获得更加准确且连续的宽频带介质基板介电参数。 所述方法可以适用于 不接地共面波导结构、 微带线、 带状线、 基片集成波导等导波结构。 特别地， 该方法非常适用 于不接地共面波导结构， 因为该结构非常适合于电镀某些新开发的电介质材料(仅需一次 电镀， 但诸如微带线等结构则需要多次电镀)， 避免了制造成本高、 难度大，。

26、 以及多个电镀工 艺可能导致的导体厚度和粗糙度的一致性误差。 0064 上述微波介质基板宽带连续介电特性参数的检测方法， 可以基于两个直线导波结 构组建测试装置， 通过一组高频微波连接器在测试装置上固定待测材料的两端， 利用矢量 网络分析仪对两个直线导波结构分别进行测试， 得到两个直线导波结构的散射参数， 将散 射参数转换成对应的ABCD矩阵， 以得到第一直线导波结构对应的第一ABCD矩阵和第二直线 导波结构对应的第二ABCD矩阵， 根据第一ABCD矩阵和第二ABCD矩阵分别确定综合相数和直 线损耗， 根据相数和相数-有效介电常数等式确定有效介电常数， 根据有效介电常数确定待 测材料的介质基板。

27、介电常数， 获取直线导波结构的导体损耗和辐射损耗， 根据直线损耗、 导 体损耗和辐射损耗计算介质损耗， 根据介质损耗和有效介电常数确定介质基板介质损耗正 切， 以对综合相数、 直线损耗、 有效介电常数、 介质基板介电常数、 介质损耗和介质基板介质 损耗正切等介电特性参数进行准确检测， 其中建立提取介质基板介电常数 r和介质损耗正 切tan 的理想模型， 用以缓解微波连接器在固定安装过程中造成的误差影响， 使检测得到 的介电特性参数具有较高的精度。 0065 在一个实施例中， 所述ABCD矩阵包括： 说明书 5/12 页 9 CN 111880012 A 9 0066 0067 式中， A表示A。

28、BCD矩阵的第一参量， B表示ABCD矩阵的第二参量， C表示ABCD矩阵的 第三参量， D表示ABCD矩阵的第四参量， S11表示输入反射系数， S12表示反向传输系数， S21表 示正向传输系数， S22表示输出反射系数， Zc表示直线导波结构(如第一直线导波结构和第二 直线导波结构)的直线特征阻抗。 0068具体地， 第一直线导波结构对应的第一ABCD矩阵为：其中， AL1表示第一 ABCD矩阵的第一矩阵参数， BL1表示第一ABCD矩阵的第二矩阵参数， CL1表示第一ABCD矩阵的 第三矩阵参数， DL1表示第一ABCD矩阵的第四矩阵参数。 第二直线导波结构对应的第二ABCD 矩阵为：。

29、其中， AS1表示第二ABCD矩阵的第一矩阵参数， BS1表示第二ABCD矩阵的第 二矩阵参数， CS1表示第二ABCD矩阵的第三矩阵参数， DS1表示第二ABCD矩阵的第四矩阵参 数。 两端口直线导波结构与ABCD矩阵示意图如图2所示。 0069 在一个实施例中， 所述综合相数计算公式包括： 0070 0071 所述直线损耗的计算公式包括： 0072 0073 式中， 表示综合相数， 表示直线损耗， AL1表示第一ABCD矩阵的第一矩阵参数， DL1 表示第一ABCD矩阵的第四矩阵参数， AS1表示第二ABCD矩阵的第一矩阵参数， DS1表示第二 ABCD矩阵的第四矩阵参数， Re表示求实部。

30、， Im表示求虚部， L1表示第一直线长波导结构的直 线长度， S1表示第二直线短波导结构的直线长度。 0074 上述基于双线优化的相数 ， 其与长直线(第一直线导波结构)和短直线(第二直线 导波结构)的ABCD矩阵(如第一ABCD矩阵和第二ABCD矩阵)有关。 0075 具体地， 所述相数-有效介电常数等式包括： 0076 0077 式中，eff表示有效介电常数等式， f表示工作频率， c表示光速。 0078 具体地， 所述介质基板介电常数的计算公式包括： 0079 说明书 6/12 页 10 CN 111880012 A 10 0080 式中，r表示介质基板介电常数， q表示直线导波结构的。

31、填充因子。 0081 此时， 有： 0082 0083 具体地， 所述介质损耗的计算公式包括： 0084 d - c- r， 0085 所述介质基板介质损耗正切的计算公式包括： 0086 0087 式中， d表示介质损耗， c表示导体损耗， r表示辐射损耗， tan 表示介质基板介质 损耗正切， eff表示有效介电常数等式， f表示工作频率， c表示光速， r表示介质基板介电常 数， q表示直线导波结构的填充因子。 其中填充因子q、 导体损耗 c、 辐射损耗 r的取值与所选 结构(如第一直线导波结构和第二直线导波结构)相关。 0088 在一个示例中， 在针对不接地共面波导结构时， 所述导体损耗。

32、的计算公式包括： 0089 0090 式中， Rc表示直线导波结构的特征阻抗， Rg表示直线导波结构的分布串联电阻， Zc 表示波导结构的特征阻抗。 0091具体地， 特征阻抗中心信号导体的分布串联电阻 地平面的分布串联电阻 T是金属导体的厚度， 集肤效应电阻 、 、 分别是集肤深度、 金属导体电导率、 自由空间的磁导率， 且k0表 示模其中， S表示中心信号导体的线宽， W表示中心信号导体与地平面的间距,k0 表示 与模k0相关联的互补模， K表示表示第一类完全椭圆积分。 0092 在一个示例中， 所述辐射损耗的计算公式包括： 0093 说明书 7/12 页 11 CN 111880012 。

33、A 11 0094 0095 0096 其中， S表示中心信号导体的线宽， W表示中心信号导体与地平面的间距， K(k0)表 示第一类完全椭圆积分， 上标表示互补模。 0097本示例中， 辐射因子介质波长 0098 在一个实施例中， ， 所述第一直线导波结构的长度是第二直线导波结构的长度的2 倍或者2倍以上。 0099 本实施例组建的测试装置由两条不同长度直线微波导波结构构成， 长直线导波结 构(第一直线导波结构)长度是短直线导波结构(第二直线导波结构)长度的2倍或以上为 佳， 通过高频微波连接器测试其散射参数。 0100 在一个实施例中， 所述测试装置中对于待测材料的固定安装包括焊接或直接夹。

34、紧 的固定方式。 0101 本实施例中， 待测材料表面附有金属铜； 测试装置中对于待测材料的固定安装包 括焊接或直接夹紧的固定方式。 0102 与现有技术相比， 上述微波介质基板宽带连续介电特性参数的检测方法的技术效 果如下： 0103 1)该方法相比其他方法， 如波级联矩阵算法， 更为简单且测试操作方便， 参数提取 精度高， 仅由两条不同长度直线构成的简单微波导波结构组成， 可直接提取出线路总衰减、 相数、 特性阻抗、 基片介电常数和介质损耗正切等； 0104 2)由于该方法是基于双线优化的ABCD矩阵进行参数提取， 因此该方法可以在一定 程度上缓解由于连接器焊接和器件制造引起的推导误差， 。

35、且同时考虑结构的导体损耗和辐 射损耗， 得到准确且连续的宽频带介电特性； 0105 3)该方法首次基于不接地共面波导实现介质基板介电参数的提取， 非常适合于电 镀某些新开发的电介质材料(仅需一次电镀， 但诸如微带线等结构则需要多次电镀)， 避免 了制造成本高、 难度大， 以及多个电镀工艺可能导致的导体厚度和粗糙度的一致性误差； 0106 4)该双线优化提取方法不仅适用于不接地共面波导结构， 对于微带线、 带状线、 基 片集成波导等结构也同样适用。 0107 在一个实施例中， 以基于不接地共面波导实现介质基板介电参数的提取为例， 图3 所示结构为其三维模型示意图， 由两条不同长度直线(直线导波结。

36、构)构成， 图4为本发明实 施例中基于不接地共面波导的短线结构的俯视图。 0108 如图3和图4所示， 本实施例所展示的一组不同长度的直线波导结构下的测试装 置， 该装置在待测材料2两端通过高频微波连接器1来固定， 待测材料2与高频微波连接器1 之间可以为焊接固定或者直接夹紧的方式进行固定， 待测材料2的上表面为金属铜面3。 在 所述的测试装置测试下， 待测材料2的两端与高频微波连接器1的接头处会形成一个误差框 说明书 8/12 页 12 CN 111880012 A 12 4。 0109 以广泛应用的微波介质材料FR4为测试材料， 对该方法进行了实验验证。 该实施例 通过制作的两条长度分别为。

37、50毫米和100毫米的不接地共面波导直线样品为测试对象。 FR4 材料厚度为0.5毫米， 其一侧刻蚀18微米厚的铜金属， 信号线宽度S和间隙W分别为1.3毫米 和0.16毫米， 两个SMA同轴连接器仔细地焊接在这两条直线结构上， 以使它们具有几乎相同 的焊接效果， 从而确保它们的机械和电气性能是接近的。 0110 进一步地， 用矢量网络分析仪(VNA)N5247A测量所制作的的两条直线， 得到两条直 线的散射参数结果， 再由等式 0111 0112转换成ABCD矩阵， 长直线和短直线的ABCD矩阵分别表示为和 0113 进一步地， 利用长直线和短直线的ABCD矩阵推导出基于双线优化的相数 ， 。

38、从而进 一步推导出结构有效介电常数 eff， 其等式为： 0114 0115 为了说明该双线优化方法的优越性， 这里也给出利用单线计算的结果。 根据长直 线和短直线的ABCD矩阵， 分别计算各自的相数 ， 从而进一步推导出各自结构有效介电常数 eff， 所用等式为： 0116 0117 基于双线优化、 长直线、 短直线得到的相数 和有效介电常数 eff结果如图5和6所 示。 0118 进一步地， 利用介质基板介电常数 r与所得有效介电常数 eff的下列关系式,计算 出介质基板介电常数 r： 0119 0120 其中q是所选结构的填充因子。 对于图2和图3所述的不接地共面波导结构， 其填充 因子。

39、q可以通过如下等式进行计算： 说明书 9/12 页 13 CN 111880012 A 13 0121 0122 其中， K是第一类完全椭圆积分， k0和k1是与模k0和k1相关联的互补模， 由以下式 子给出： 0123 0124 0125 0126 其中， S和W分别是不接地共面波导的信号线线宽和缝隙宽度， H是介质基板厚度。 K (k)/K(k )， K(k)以及K (k)可通过如下等式进行计算： 0127 0128 0129 0130 0131 0132 最终基于双线优化、 长直线、 短直线推导得到介质基板介电常数 r结果如图7所 示， 图8是基于双线优化推导得到介质基板介电常数 r的放。

40、大图。 有图可知基于双线优化、 长直线、 短直线所得的在10GHz时的介质基板介电常数 r值分别为17.37、 9.95和4.37。 由于 供应商提供的材料在10ghz时的 r为4.4， 因此基于优化的双线算法提取的 r显然更接近参 考值， 在极宽的频带(4至20GHz)中， 两者的差异仅为0.03(0.68)至0.07(1.59)。 0133 进一步地， 利用长直线和短直线的ABCD矩阵推导出基于双线优化的直线损耗 ， 其 表达式为： 0134 0135 建立基于双线优化的直线损耗 与导体损耗 c、 辐射损耗 r、 介质损耗 d的关系计 算出介质损耗 d， 从而推导出介质基板介质损耗正切ta。

41、n ， 具体如下： 0136 所述介质损耗 d的计算表达式如下： 0137 d - c- r 说明书 10/12 页 14 CN 111880012 A 14 0138 所述介质基板介质损耗正切tan 的计算表达式如下： 0139 0140 所述导体损耗 c的计算表达式为如下： 0141 0142其 中 ， 特 征 阻 抗中 心 信 号 导 体 的 分 布 串 联 电 阻 地平面的分布串联电阻 T是金属导体的厚度 ， 集肤效应电阻 、 、 分别是集肤深度、 金属导体电导率、 自由空间的磁导率， 且 0143 所述辐射损耗 r的计算表达式如下： 0144 0145其中， 辐射因子介质波长 014。

42、6 最终基于双线优化方法得到的总的直线损耗 ， 导体损耗 c， 辐射损耗 r， 介质损耗 d结果如图9所示， 图10是基于双线优化推导得到的介质基板介质损耗正切值tan 结果。 由 图8可知， 辐射损耗和导体损耗只占总损耗的一小部分， 损耗的主要来源是基板的介质损 耗， 且随着频率增大而增大。 由图10可知， tan 的值在8至20ghz之间从0.0186逐渐增加到 0.0214， 与供应商提供的10GHz参考值(0.02)相比， 差异为0.0014(7)。 在10GHz时提取的 tan 值为0.0199， 与参考值相比的差异为0.0001(0.5)。 低于8GHz的提取精度变得相对较 差， 。

43、这是由于在低频下， 对应直线的电长度太小。 该方法的材料参数提取精度比文献中的常 用的其他方法要高。 0147 进一步地， 由于该实例使用SMA同轴连接器， 因此仅在低于20GHz的频率下对介质 基板材料特性得到了表征。 所提出的算法基于准TEM近似， 如果满足准TEM波假设以及良好 的毫米波连接器(例如2.92mm连接器)焊接精度， 则可以实现介质材料在更高频率下的特性 提取。 0148 进一步地， 该实例在20GHz以下的频率范围内验证了该方法的有效性,它能准确地 反演出介质基板的复介电常数， 介电常数和介电损耗角正切的提取误差分别为0.68 (4.37vs 4.4)和0.5(0.0199。

44、vs 0.02),。 误差来源主要是长短线的连接和焊接不完全相 同所致， 此外也有来自金属表面氧化和制备等误差。 该方法同样适用于其它导波结构， 在推 导出差分相位和有效介电常数后， 结合结构尺寸精确分离各种损耗， 可以提取出介质基板 的介电常数和介质损耗角正切值。 0149 上面结合基于不接地共面波导实现介质基板介电参数的提取和实验结果对本发 说明书 11/12 页 15 CN 111880012 A 15 明专利进行了示例性的描述， 正如本发明说提到的， 本发明的实现并部受上述示例的限制， 只要采用了本发明所述方法构思和技术方案进行的各种改进， 都属于本发明的保护范围 内。 0150 由此。

45、可见， 本实施例实现了一种基于双线优化的ABCD矩阵提取微波介质基板宽带 连续介电特性的表征方法， 该发明结构简单， 易于实现， 且准确度高， 具有巨大的应用前景。 0151 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。 0152 需要说明的是， 本申请实施例所涉及的术语 “第一第二第三” 仅仅是区别类似的 对象， 不代表针对对象的特定排序， 可以理解地，“第一第二第三” 在允许的情况下可以互 换特定的顺序或先后次序。 应该理解 “第一第二第。

46、三” 区分的对象在适当情况下可以互 换， 以使这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实 施。 0153 本申请实施例的术语 “包括” 和 “具有” 以及它们任何变形， 意图在于覆盖不排他的 包含。 例如包含了一系列步骤或模块的过程、 方法、 装置、 产品或设备没有限定于已列出的 步骤或模块， 而是可选地还包括没有列出的步骤或模块， 或可选地还包括对于这些过程、 方 法、 产品或设备固有的其它步骤或模块。 0154 以上所述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。

47、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。 说明书 12/12 页 16 CN 111880012 A 16 图1 说明书附图 1/6 页 17 CN 111880012 A 17 图2 图3 说明书附图 2/6 页 18 CN 111880012 A 18 图4 图5 说明书附图 3/6 页 19 CN 111880012 A 19 图6 图7 说明书附图 4/6 页 20 CN 111880012 A 20 图8 图9 说明书附图 5/6 页 21 CN 111880012 A 21 图10 说明书附图 6/6 页 22 CN 111880012 A 22 。