[发明专利]一种双面敷金属箔板有效介电常数的测量方法

说明书

技术领域

本发明属于电子测量及射频电路设计领域，特别涉及一种双面敷金属箔板有效介电常数的测量方法。

背景技术

当电路工作到百兆赫兹以上的射频段时，双面敷金属箔板的有效介电常数对印制板的线宽设置及阻抗特性等的影响都会凸显出来。有效介电常数是高频电路设计中一项很重要的参数，但是大量的双面敷金属箔板(尤其是国内生产的双面敷铜箔板)产品参数当中并没有给出这一重要参数。

在涉及微波电路设计等电子信息工程应用及科研、技术开发中，双面敷金属箔板，尤其是双面敷铜箔板，得到了普遍使用，因为它具有刻制实验电路时价格低廉且实验周期短等特点。实际上国内生产的双面敷铜箔板在质量上是并不逊色于进口电路板，为了更多地利用国产产品，减少对国外高价双面敷铜箔板的依赖，同时降低实验代价，并获得较好的性能指标和实验效果，亟需一种在低成本条件下能简洁有效地获取双面敷铜箔板有效介电常数的测量方法。

目前，现有的针对双面敷金属箔板有效介电常数的测量方法均需要专门装置。如：谐振腔方法需要谐振腔装置；电容测量法需要精密电容测量计；公告为CN2066145、名称为“双面敷铜箔板介电常数测试装置”的实用新型专利公开了一种由底座、支架、导轨、检波系统、调谐装置及导波波长读数标尺等构成的双面敷铜箔板介电常数测试的专门装置。这些测量方法虽然能够达到测量目的，但由于需要专门的测量装置，因此存在成本较高的缺陷，尤其不适合于高校电路设计过程中的测试及实验。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术的不足，提供一种无需专门测量装置而只需借助单台或少量通用测试仪器、低成本、高效率的双面敷金属箔板有效介电常数的测量方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

本发明的基本原理是利用高频信号在微带线上的传输特性，将被测双面敷金属箔板加工成带有一定微带线图案的印制板，而后对该印制板进行散射参量(S参数)、或驻波比参数、或相位参数、或特征阻抗参数等电路响应数据的测量。通过电路响应数据与事先通过仿真获得的仿真数据进行比较，找到与电路响应数据相似程度最高的一组仿真数据，在仿真软件中与该组仿真数据对应的双面敷金属箔板有效介电常数就是最终获得的被测双面敷金属箔板的有效介电常数，达到测量目的。

具体而言，本发明提出的一种双面敷金属箔板有效介电常数的测量方法，其步骤如下：

(1)首先选取一副微带线图案，在仿真软件中进行绘制；同时在仿真软件中，设置被测双面敷金属箔板的已知参数，定义信号输入口和信号输出口；所述被测双面敷金属箔板的已知参数包括双面敷金属箔板板厚、敷金属厚度、介质基片的厚度(可不进行设置，由软件自行计算)、介质基片的介电常数(可不进行设置，由软件依据相关算法进行计算)、敷金属的电导率、敷金属的磁导率、敷金属的损耗角正切值、敷金属表面光滑程度和封装空间大小。选取的微带线图案优先选择矩形微带线。所述仿真软件优先选择安捷伦公司的ADS射频微波仿真软件。

(2)然后在所述仿真软件中设定至少一个双面敷金属箔板的有效介电常数进行仿真，获得与设定的双面敷金属箔板有效介电常数相对应的至少一组仿真数据；所述仿真数据为散射参量、或驻波比参数、或相位参数、或特征阻抗参数。

上述步骤(1)和(2)即是在仿真软件中绘制微带线图案的基础上，在仿真软件中通过设置输入一系列被测板的已知参数、定义信号端口、输入假定的有效介电常数进行仿真，从而获得所需的仿真数据。每输入一个假定的有效介电常数，就获得一组对应的仿真数据。

(3)将被测双面敷金属箔板按照步骤(1)中选取的微带线图案加工成为印制板。

(4)对步骤(3)中加工获得的印制板进行测量，获取电路响应数据；所述电路响应数据为散射参量、或驻波比参数、或相位参数、或特征阻抗参数。对印制板进行测量优先选择使用的是矢量网络分析仪。

经实验证明，使用散射参量(S参数)、驻波比参数、相位参数、特征阻抗参数中的任一个都可以实现被测板有效介电常数的测量。使用散射参量(S参数)中的“S11”或“S22”参数最易于测得被测板的有效介电常数，因此上述散射参量优先选择S11或S22。

(5)使用拟合算法，将步骤(4)中获取的电路响应数据与步骤(2)中获得的仿真数据进行拟合运算，找出与步骤(4)中获取的电路响应数据相似程度最高的一组仿真数据；所述被找出的一组仿真数据所对应的双面敷金属箔板有效介电常数(即步骤(2)中设定的与该组仿真数据对应的那个双面敷金属箔板有效介电常数)即为被测双面敷金属箔板的有效介电常数。