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是德科技 用于对基板进行介电测量的 分离式介电谐振器 应用指南 序言 分离式介电谐振器 (SPDR) 提供精确的技术，可在 1 到 20 GHz 频率范围内的单一频 率点上测量介电和铁氧体基片及薄膜复杂的介电常数。除了 SPDR 夹具，执行测量 还需要使用 PNA 或 PNA-L 等矢量网络分析仪和软件包 85071E 选件 300。该测量是 自动执行，轻松易操作。 与其他方法进行比较 测量介电性质的微波方法主要可分为两类 [1]: ￣ 传输反射法 (例如在同轴线、波导和自由空间中测量，或使用开放式同轴线测 量) 和 ￣ 谐振法 SPDR 测量技术是谐振法之一。传输反射法可以在其运行的频率范围内的 任意 点 进行扫描测量，而谐振法使用单一频率 (或，至多针对不同模式使用几个频率点)。 谐振器和腔体提供最高精度来测量实际介电常数，并可测量其他技术无法测量的 损耗极低的材料。应在离散频率点执行足够的测量，因为无损材料几乎是非分散 的。这说明它们的介电常数和损耗正切值将在频率范围保持不变。 SPDR 的结构使用了必威体育精装版的低损耗介电材料，使其能够建立具有更高 Q 因数且热稳 定性优于传统全金属腔体的谐振器 [2,3]。SPDR 的主要优势是: ￣ 较之传输反射法具有出色精度 ￣ 能够测量低损耗材料 (传输反射技术无法材料损耗较低的材料) ￣ 可对基片、印刷电路板和薄膜进行方便、快速的无损测量 样本几何图 SPDR 法是无损方法，因为不需要特殊的样本制备，只要基片适合 SPDR 即可。谐振 器内的电场与图 1 所示的样本表面类似。主要的样本要求是: 两个完全相同的表面， 图 1 中样本的厚度 h 必须小于夹具气隙 hG (参见图 4)，样本必须具有足够的面积，来覆 盖夹具内部。样本和介电谐振器之间的气隙 (参见图 4) 不会影响测量精度。如图 1 所 示，该样本可能是矩形或圆型。为了轻松地处理该样本，建议该样本区域尺寸 L 大于最 小可测区域尺寸 l (或夹具的有效面积)。 样本所需的厚度还取决于材料的介电常数 ε ‘r 。高介电常数材料的厚度必须更小。图 2 显 示在 10 GHz SPDR 的情况下，典型的谐振频率 f 与介电常数 ε ‘r 的关系。对于该夹具， 如果样本介电常数 ε ‘r 小于 10，最大样本厚度必须小于夹具气隙厚度 hG。同时，样本还 必须足够厚，以生成可轻松测量的足够频移。如果样本介电常数 ε ‘r 大于 10，则必须减 小样本厚度，以便频移保持在推荐的范围内。已知频率不应小于 8.5 GHz，因此应从 图 2 中选择厚度。 图 1. 样本几何图 平面中的电场 最小可测区域 3 | Keysight | 用于对基板进行介电测量的分离式介电谐振器－应用指南 夹具气隙 hG 和夹具的有效面积尺寸取决于谐振器的工作频率 f 。表 1 显示谐振器在不同 频率工作时，这些尺寸的近似值。样本尺寸 L 应小于 Lf，Lf 是夹具支持的最大尺寸。 表 1. 不同频率时, SPDR 夹具的样本相关尺寸 f , GHz hG, mm l , mm Lf , mm 1 10 130 200 3.2 3.3 60 ≤ 150* 5 2 40 ≤ 150* 10 1 25 ≤ 150* 15 0.8 17 ≤ 100* 20 0.6 10 ≤ 100* * 如果没有特殊要求, 可订购 Lf 尺寸达到指示值的夹具, 但建议小于指示值。 样本几何图 空腔谐振器 推荐的 最大频移 图 2. 对于 10 GHz 分离式谐振器 , 典型的谐振频率与介电常数 4 | Keysight | 用于对基板进行介电测量的分离式介电谐振器－应用指南 样本几何图 SPDR 技术还用于测量薄膜。图 3 显示对于 10 GHz 谐振器，典型谐振频率 f 与介电常数 的关系。如果薄膜位于基片之上，由于存在薄膜，谐振频移将非常类似于图 3 ( 差异约 为 1% 到 2%)。要想将薄膜的频移从基片和薄膜的总体频移中分离出来，最初应单独测 量基片 ( 不包括薄膜 )。 图 3. 对于 10 GHz 分离式谐振器 , 人工基片上薄膜的谐振频率与介电常数 (ε‘r = 1) 的关系 基片直径 20 mm 时，可使用针对介电质均匀的相同程序，在 1% 到 2% 的系统误差下 直接测量基片上薄膜的介电常数和损耗正切值。在这种情况下，首先必须测量空腔谐 振器 (f01，Q01)，只包括基片的空腔谐振器 (fs，Qs) 和薄膜置于基片上时的腔体谐振器， 并重复测量空腔谐振器 (f02，Q02) 和包括薄膜和基片的谐振器 (f2，Q2)。测量过程中，薄 膜应正面朝下。 单独测量薄膜 (未置于基片之上) 时，它们可能会堆叠。场结构可能是薄膜之间的气隙， 这不会影响测量结