微波印刷板电路基片复介电常数测量研究

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1、2013年10月宇航计测技术Oct．，2013第33卷第5期JournalofAstronauticMetrologyandMeasurementV01．33，No．5文章编号：1000—7202(2013)05—0012—07中图分类号：TM931文献标识码：A微波印刷板电路基片复介电常数测量研究卜玲慧向博窦文斌(东南大学毫米波国家重点实验室，江苏南京210096)摘要本文研究传输线法测量微波印刷板电路基片的复介电常数。该方法以矢量网络分析仪作为测量仪器，使用与同轴测量端口相匹配的带状线传输线作为待测结构。带状线的复介电常数信息反映在其特征

2、阻抗和复传播常数中，特征阻抗和复传播常数可由其ABCD矩阵得到。由矢量网络分析仪测量得到的二端121散射矩阵(即S参数矩阵)可直接转换为ABCD矩阵，由此求出介质基片的复介电常数。为得到带状线正确的s参数，需要对测量系统进行校准。本文采用由TRL校准原理衍生而来的校准方法做校准。关键词介电常数损耗角正切+带状线TRL校准技术InvestigationontheMeasurementofComplexPermittivityofSubstrateofMicrowavePrintedCircuitBoardBULing--huiXIANGBoDO

3、UWen·-bin(StateKeyLabofMMW，SoutheastUniversity，Nanjing，Jiangsu210096)AbstractInthispaperthemeasurementofcomplexpermittivityofsubstrateofmicrowaveprintedcircuitboardareinvestigated．Vectornetworkanalyzer(VNA)isused，andstriplinesmatchedwithCO-axiallineportareusedasthestructure

4、tobemeasure．Theinformationofcomplexpermittivityofthestriplineisincludedinthecharacteristicimpendenceandcomplexpropagationconstantofthestripline，whichcanbeobtainedfromABCDmatrix．SparametersofthestriplinecanbemeasuredbyVNA，andtheycanbetransformedintoABCDmatrix，thenthecomplexp

5、ermittivityofthesubstratecanbeob．tained．Togetcorrectresults，themeasurementsystemhavetobecalibrated．HereacalibrationmethodresultfromTRLcalibrationprincipleisused．KeywordsPermittivityLosstangent+StriplineTRLcalibrationtechnique1引言随着微波数字电路的发展，信号的传输速率越来越高。当信号速率升高至上百兆比特每秒甚至上吉比特每

6、秒时，印刷版(PCB)电路上信号的传输将出现高频效应，信号线将表现为传输线。因而，在高速数字电路设计中，对信号线传输线上的色散效应、趋肤效应等高频效应的估计就变得十分必要。高频性能不好的传输线将导致信号完整性变差。因此，为了进行信号完整性分析就需要精确地知道传输线单位长度的电阻、电感、电抗、电容等参数⋯。尽管通过很多商业工具可以得到这些参数，但前提是传输线所使用的介质基片的复介电常数已知。然而，实际应用中，介质参数并非总是确定的。例如，FR—第5期微波印刷板电路基片复介电常数测量研究4是一种常见的fiberglass／epoxy介质材料，介电

7、常数为2到5之间，常用于PCB电路。如果不考虑这种材料在高频时的特殊效应，则仅需给出介电常数的范围即可。但对于某一具体印制板电路采用的FR一4材料，其复介电常数是未知的。因为不同的生产厂家、加工技术、材料的具体成分以及温度和湿度等环境因素的变化等，都会导致材料复介电常数的差异。这些参数的差异又会造成电路特性的差异甚至性能恶化。因为实际工程中需要知道准确的复介电常数，以便设计的电路能实现预期的性能。因此，需要一种方法能准确地测出微波电路介质基片材料的复介电常数。测量材料复介电常数的方法有很多。目前，应用于PCB板介质材料复介电常数测量的大多为网

8、络参数法拉“J。网络参数法中具体的测量方法有很多，其中的传输／反射法应用最广。普遍采用的测量结构之一是带状线传输线结构。带状线结构是印刷电路信号互联线的一种常用结构