高频PCB材料复介电常数测试技术研究

摘要

随着信号传输向高频高速方向的迅速发展，作为信号载体的印制电路板，其材料的电磁特性对整个电路系统的影响逐渐凸显。在微波印制板的设计和制造中，传统的FR-4基材已不再适用，而以PTFE为代表的高频PCB材料的使用逐渐增多，并广泛应用于高性能计算机、雷达通信、遥测遥感等技术领域。
　　在高频PCB材料的电磁参数中，最为重要的是复介电常数，它直接影响印制板所承载信号的数据传输速率和介质损耗。因此，准确获知PCB材料的复介电常数，无论是对材料厂商，亦或是工程设计人员，都有着重要的意义。
　　本文首先对介质材料的复介电常数的测试方法进行了详细地研究，并结合高频PCB材料的特点，确定了带状线法和分裂圆柱体谐振腔法配合使用的测试系统方案。
　　基于带状线谐振器理论模型，仿真分析了由于谐振器开路端边缘场效应引起的有效增长量的值对测试结果的影响情况，设计了带状线测试夹具，然后借助网络分析仪、高频耦合探针等辅助设备组建了带状线测试系统，开发了自动测试软件，并着重讨论了待测样品的制备。
　　详细阐述了分裂圆柱体谐振腔法的理论模型，推导了复介电常数计算公式。然后基于谐振腔的模式净化理论，通过仿真的方式确定了分裂圆柱体谐振腔的腔体尺寸，设计了谐振腔体，并结合测试需求，设计了耦合调节装置，最后借助网络分析仪，组建了分裂圆柱体体谐振腔测试系统。
　　通过对典型材料的实际测量，对建立的测试系统进行了标定，并讨论了误差的主要来源，最后展望了测试系统进一步的研究方向。
　　本文所建立的带状线测试系统，可以在常温环境下对高频PCB材料进行宽频带（2～14GHz）测试，建立的分裂圆柱体谐振腔测试系统可以在10GHz对高频PCB材料的损耗角正切进行精确测量。测试系统可以覆盖当前常用的高频PCB基材的测试需求，为国产高频PCB材料的理论研究和加工制造提供了重要的参考数据，有较好的实用价值。

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第1章 绪 论

1.1研究背景

1.2材料复介电常数测试技术研究现状

1.3复介电常数对高频信号传输性能的影响

1.4高频PCB材料的种类与性能特点

1.5当前PCB材料复介电常数测试主要存在的问题

1.6测试方法选择

1.7主要研究内容

第2章 带状线法测试原理及仿真分析

2.1带状线谐振器测试理论

2.2带状线谐振器仿真分析

2.3本章小结

第3章 带状线测试系统设计

3.1带状线测试系统构成

3.2测试系统技术指标

3.3测试夹具设计

3.4测试软件开发

3.5待测样品制备

3.6带状线测试系统

3.7本章小结

第4章 分裂圆柱体谐振腔法测试原理及仿真分析

4.1分裂圆柱体谐振腔测试理论

4.2圆柱体谐振腔的模式图

4.3 TE011模分裂圆柱体谐振腔仿真分析

4.4本章小结

第5章 分裂圆柱体谐振腔测试系统设计

5.1测试系统构成

5.2测试系统技术指标

5.3分裂圆柱体谐振腔的设计

5.4耦合装置设计

5.5待测样品的制备

5.6测试软件设计

5.7分裂圆柱体谐振腔测试系统

5.8本章小结

第6章 测试系统标定及误差来源分析

6.1带状线测试系统标定

6.2带状线测试系统误差来源

6.3分裂圆柱体谐振腔测试系统标定

6.4样品厚度对分裂圆柱体谐振腔测试结果的影响

6.5分裂圆柱体谐振腔测试系统误差分析

6.6本章小结

结论与展望

参考文献

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