[发明专利]一种采用带状线法自动测试基板材料介电性能参数的方法

权利要求书

1.一种采用带状线法自动测试基板材料介电性能参数的方法，其特征在于，该方法以计算机为测试平台，在计算机的硬盘中安装测试模块；所述测试模块包括依次连接的：

用于实现网络分析仪控制功能的命令发送模块；

用于实现网络分析仪数据采集功能的数据采集模块；

用于实现自动寻找测试峰位、测试模式的确定、测试结果的计算、数据计算处理的数据处理模块；

用于测试结果的存储的数据存储模块；

用于实现测试数据打印的数据输出模块；

在计算机的总线扩展槽中安装USB GPIB接口卡，通过USB GPIB接口卡与网络分析仪连接进行通讯；在计算机的总线扩展槽中安装数据采集卡，数据采集卡连接施压装置和温度控制系统，用于控制采集压力参数和温度参数，自动测试并计算基板材料的介电常数和损耗角正切以及介电常数温度系数，该方法包括调节和测试两部分，其中调节部分执行以下操作：

步骤1.将装配好的测试样品放入符合国家标准GB/T12636-90规定的带状线谐振器中，录入测试样品以及所需测试的参数信息；

步骤2.点击测试面板“调节”按钮，即让计算机通过发送命令给网络分析仪和数据采集卡，进而有如下步骤：

a、通过施压装置进行施压并通过压力传感器调节采集压力，通过温控系统控制调节测试温度；

b、设置网络分析仪初始化；

c、设置网络分析仪测试参数；

d、根据录入的测试样品参数信息设定网络分析仪X轴频率范围，设定网络分析仪使该频率范围内只显示两个谐振峰，并自动采集读取第一个谐振峰和第二个谐振峰，并依次扫描并记录其频率值，并录入计算机缓存；

e、依据以下公式计算谐振时沿谐振导带分布的驻波半波长个数，并取整：

式(1)中：n_取整─所需测试样品频率f对应的驻波半波长个数，n_取整≧1；

f─测试样品指定的在1GHz～40GHz范围内任意测试频率，Hz；

f₁─步骤2-d所设定X轴范围内的第一个谐振峰，Hz；

f₂─步骤2-d所设定X轴范围内的第二个谐振峰，Hz；

式(1)中的f与f₁和f₂均不相等；

f、通过以下公式计算获得测试样品所需测试频率的谐振峰f’：

f’＝|f₁-f₂|*n_取整-----------------------------------(2)；

g、依据谐振峰f’的计算结果设置网络分析仪Y轴自动调节，设置网络分析仪X轴只显示谐振峰f’一个峰，使得该峰完整呈现；

步骤3.调节测试探针的水平旋钮，使测试探针靠紧测试样品，然后均匀调节两侧探针，使所需耦合满足标准测试需求；调节两侧探针，使网络分析仪插入电损A介于-48±0.5dB之间；

测试部分执行以下操作：

步骤4.点击测试面板“测试”按钮，即让计算机发送命令给网络分析仪，进而有如下步骤：

i、网络分析仪将测试样品所需测试频率处的谐振峰居中；

ⅱ、设置网络分析仪Y轴自动调节、设置网络分析仪X轴只显示f’一个峰，使得该峰完整呈现；

ⅲ、将网络分析仪读取测试值方式位于“平均”模式；衰减器减小3.01dB、平滑模式：开；

ⅳ、启动测试程序后，网络分析仪显示谐振峰f’附近最高峰，采集衰减器减小3.01dB后的最高峰频率f_n，读取谐振峰值对应的实际频率f_n、谐振器谐振时的插入电损A、带状线谐振器的有载品质因数Q_L；

步骤5.依据测试前录入的测试样品参数值和网络分析仪测试获得的参数值，依据以下公式最终自动计算获得测试样品所需的介电常数ε′：

式(3)中：c─光速，2.998×10¹¹mm/s；

n─谐振时沿谐振导带分布的驻波半波长个数；

f_n─第n号模式的谐振频率，Hz，

L─谐振导带长度，mm；

ΔL─金属导带两端口边缘场效应金属导带的有效增长量，mm；

依据以下公式自动计算获得测试样品所需的损耗角正切tanδ：

式(4)中：A─谐振器谐振时的插入电损，dB；

Q_L─带状线谐振器的有载品质因数；

Q_C─表征带状线铜耗的品质因数；

其中表征带状线铜耗的品质因数Q_C的计算公式如下：

式(5)中：带状线的衰减常数；表达式为：

式(6)中：W─谐振器导带宽度，mm；

t─谐振器导带厚度，mm；

b─测试样品两层叠加厚度，mm；

R_s─谐振器导带金属表面电阻，Ω/mm²；

Z_c─带状线特性阻抗，Ω；表达式为：

式(7)中：C_f─单位长度横向边缘电容，pF/mm；表达式为：

由软件对谐振时沿谐振导带分布的驻波半波长个数n从1开始自动测试，从而实现1GHz～40GHz全频率的介电常数值ε’和损耗角正切tanδ测试；

重复步骤2至步骤4，以及步骤5中的介电常数计算过程，分别计算温度为T₀、T₁条件下介电常数ε_r0、ε_r1，依据以下公式自动计算获得测试样品所需的介电常数温度系数τ_ε：

式(9)中：τ_ε─介电常数温度系数，ppm/℃；

ε_r0─谐振器在T₀下的相对介电常数；

ε_r1─谐振器在T₁下的相对介电常数；

T₀─对应介电常数ε_r0时控温箱的温度，℃；

T₁─对应介电常数ε_r1时控温箱的温度，℃；

步骤6、将测试结果输出保存为Excel表格格式，通过打印机打印出测试结果。