基于谐振腔体法的材料电磁参数测试(精)

基于谐振腔体法的材料电磁参数测试

摘要：实现了一种全集成可变带宽中频宽带低通滤波器，讨论分析了跨导放大器-电容(OTA—C)连续时间型滤波器的结构、设计和具体实现，使用外部可编程电路对所设计滤波器带宽进行控制，并利用ADS软件进行电路设计和仿真验证。仿真结果表明，该滤波器带宽的可调范围为1～26 MHz，阻带抑制率大于35 dB，带内波纹小于0．5 dB，采用1．8 V电源，TSMC 0．18μm CMOS工艺库仿真，功耗小于21 mW，频响曲线接近理想状态。关键词：Butte

摘要：本文介绍了一种全新的分裂圆柱体谐振腔体，并且以聚四氟乙烯的测量为例，详细介绍了采用这种腔体完成介质材料测试的具体过程。此项方法具有精度高、操作简单的特点，最适合于衬底, 薄膜, PCB等材料的测量，并且遵循IPC测试规范TM-650 2.5.5.13。

关键词：谐振腔体;材料测量;电磁参数;网络分析仪

引言

近年来，随着射频微波技术的飞速发展，航空航天、通信技术与信息技术等高科技领域对射频微波元器件的要求也随着提高，使得射频微波材料在这些领域起到了越来越重要的作用。对于射频微波材料来说，电磁波在其中的传播完全由材料的电磁参数决定，在应用各种射频微波材料时，必须通过测试了解其电磁参数。在各种射频微波器件，微波与毫米波集成电路底板等大量应用射频微波材料的领域，设计对象的研究和设计都需要准确的材料电磁参数。

材料的电磁参数指复介电常数和复磁导率，其中主要集中于其介电特性的研究，有关材料磁特性的测量只占少数，所以本文只讨论复介电常数的测试。测量材料复介电常数的方法有很多，主要分为传输反射法和谐振腔体法。其中传射反射法实质是利用所测出的样品的反射和传射系数得到复介电常数或复磁导率，根据所用夹具的不同，又分为同轴空气线法、波导法、自由空间法和同轴探头法，同轴探头法一般用来测量液体或者半固体例如粉末，被测件的损耗较大;同轴空气线和波导法一般用来测量片状固体或者粉末状固体，被测物质为损耗至低损，这两种方法对被测件的机械加工能力要求都比较高，被测物质的截面必须和空气线或波导的轴线垂直，而且被测物质与空气线或波导之间最好是完全接触，否则会产生一定的测量误差;自由空间法一般是利用聚焦喇叭天线或者拱形门来完成测量，要求被测件是大的平面细状固体，而且尺寸越大越好，最好是十个波长以上，特别适合于高温物质测量或者其他非接触性物质的测量。

而谐振腔体法的原理是将材料样品放入封闭或者开放的谐振腔体中，根据放入前后其谐振频率和品质因子Q值的变化来确定样品复介电常数和复磁导率，通常是将样品置于谐振腔中电场最小磁场最大处测量样品的复介电常数，将样品

置于谐振腔中电场最小磁场最大处测量样品的复磁导率。这种方法目前具有最高的测量精度，尤其适合于低损耗物质的测量，缺点是无法支持宽带的材料测量。

谐振腔腔体法的工作原理

谐振腔体通常具有很高的Q因子，并且在特定的频率发生谐振。如果将一材料样品放入腔体中，将会改变腔体的谐振频率和品质因子。通过这两个参数值的变化，可以得到材料样品的复介电常数或者复磁导率。腔体的种类有很多种，具体的实现方法也不少，这里以使用的比较广泛的腔体微扰法为例，作个说明。此种方法已经成为美国材料测试协会的一种标准，方法号为ASTM2520。该方法使用的是两端连有Iris耦合平板的矩形波导，矩形波导腔体的主模为，具体测量时，如果材料样品为介电特性，需把样品置于腔体电场最大处，如果为磁性材料，则把样品至于磁场最大处。如果矩形波导腔体在波长中间处开了一小孔，则半波长的奇数倍将对于于最大电场，半波长的偶数倍对应于最大磁场。

其中为样品相对介电常数的实部，为样品相对介电常数的虚部，为空腔体的谐振频率，为腔体加入样品后的谐振频率，为空腔体的品质因子，为腔体加入样品后的品质因子，为空腔体的体积，为样品的体积。

分裂圆柱体谐振腔体的介绍