一种用于测试薄片介质复介电常数的谐振器以及系统

摘要

本发明实施例提供了一种用于测试薄片介质复介电常数的谐振器及系统，可以高效、准确地测试出薄片介质的复介电常数值。本发明实施例提供的一种用于测试薄片介质复介电常数的谐振器，包括，微带基板，进一步包括：微带线谐振带条，所述微带线谐振带条附于所述微带基板上方，所述微带线谐振带条两端为信号输入端口，中间为一宽带带阻谐振结构，所述宽带带阻谐振结构上方用于放置待测薄片介质。

说明书

技术领域

本发明涉及微波测试技术领域，具体涉及一种用于测试薄片介质复介电常数的谐振器以及系统。

技术背景

射频识别（RFID,RadioFrequencyidentification）技术是利用无线射频方式进行非接触双向通信，以达到识别目的并交换数据的自动识别技术。作为一种快速、实时、准确采集与处理信息的高新技术和信息标准化的基础，被列为本世纪十大重要技术之一。在标签天线设计的仿真阶段，如何有效准确的对材料介电常数和损耗角正切进行建模表征和测试，关系到设计结果的准确性。关于材料的介电常数和损耗角正切，材料厂商给出的参数主要是在低频端，如1KHz或1MHz时的介电常数值，而此参数引用到840-845MHz和915-925MHz的中国超高频RFID标签工作频率上建模仿真，其准确性较差。因此，高效、准确的测试出使用基材的介电常数和损耗角正切值，对标签设计的准确性有着重要的意义。

发明内容

本发明实施例提供了一种用于测试薄片介质复介电常数的谐振器以及系统，可以高效、准确的测试出薄片介质的复介电常数值。

本发明实施例提供一种用于测试薄片介质复介电常数的谐振器，包括：微带基板，进一步包括：微带线谐振带条，所述微带线谐振带条附于所述微带基板上方，所述微带线谐振带条两端为信号输入端口，中间为一宽带带阻谐振结构，所述宽带带阻谐振结构上方用于放置待测薄片介质。

其中，所述微带线谐振带条的宽度可调节。

其中，所述微带线谐振带条的长度可调节。

其中，所述微带谐振带条材质采用金属铜。

其中，所述带阻谐振结构呈M形。

其中，所述带阻谐振结构M形两边的带条宽度小于中间带条的宽度。

其中，所述带阻谐振结构M形两边的带条长度小于中间带条的长度。

其中，所述谐振器采用印刷电路技术进行加工。

其中，所述微带基板板材为1mm厚的FR-4双面板，介电常数为4.4。

其中，所述微带谐振带条材质厚度为0.035mm。

本发明实施例提供一种薄片介质复介电常数测试系统，包括：微波信号源、以上所述的谐振器，以及矢量网络分析仪，所述微波信号源与所述谐振器信号输入端连接，产生微波信号通过所述信号输入端进入所述谐振器，所述矢量网络分析仪与所述谐振器输入端链接，所述矢量网络分析仪用于测试分析所所述谐振器产生的谐振频率。

本发明实施例提供的一种用于测试薄片介质复介电常数的谐振器以及系统，谐振器体积小、使用方便、测试误差小，能够实现在UHF频段范围内介质材料复介电常数准确迅速的非损伤测量。

附图说明

图1所示为本发明实施例提供的谐振器结构示意图。

图2所示为本发明实施例提供的微带线谐振带条形状放大示意图。

图3所示为本发明实施例提供的谐振器实物图。

图4所示为本发明实施例提供的薄片介质复介电常数测试系统结构示意图。

图5所示为本发明实施例提供的薄片介质复介电常数测试系统的测试示例。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1所示为本发明实施例提供的谐振器结构示意图。如图1所示，包括：微带线谐振带条100及微带基板200，微带线谐振带条100附于微带基板200上方，微带线谐振带条100两端有两个端口，用于信号输入，微带线谐振带条的中间为一个宽带的带阻谐振结构，上方用于放置待测薄片介质。在一实施例中，该宽带的带阻谐振结构呈M形。

在本发明一实施例总，微带谐振带条材质采用金属铜。整个谐振器采用印刷电路技术进行加工完成。

在一具体示例中，微带基板板材为1mm厚的FR-4双面板，其介电常数为4.4。微带谐振带条材质厚度为0.035mm。

图2所示为微带线谐振带条的放大示意图。图中所示微带线谐振带条的宽度及长度可以调节以满足待测薄片介质在较宽测试频带上的测量需求。本发明实施例中，用于测量待测薄片介质在UHF频段范围内复介电常数的谐振器谐振带条，如图2所示，该微带线谐振带条两端口的宽度比其中间的带阻谐振结构的带条宽度大，宽带带阻谐振结构M形两边的带条宽度小于M形中间带条的宽度，M形中间带条的长度大于M形两边带条的长度。图中虚线部分为待测薄片介质放置区域。

图3所示为本发明实施例提供的谐振器实物图。如图3a所示，谐振器基板尺寸为180×80mm，如图3b所示，谐振器基板尺寸为130×60mm，本领域技术人员可以理解，可以根据待测薄片介质的大小制作不同尺寸的谐振器，微带线谐振带条也相应同比例增加或缩小，可以适用于不同尺寸待测薄片介质的测量。

图4所示为本发明实施例提供的薄片介质复介电常数测试系统结构示意图。如图4所示，该系统包括：微波信号源401、谐振器402及网络分析仪403，微波信号源401与谐振器信号输入端连接，产生微波信号通过信号输入端进入谐振器402，矢量网络分析仪403与谐振器输出端链接，用于测试分析谐振器402产生的谐振频率。

以下详细描述一下本发明实施例提供的用于测试薄片介质复介电常数的谐振器以及系统的测试原理。

微带线谐振带条构成微带线谐振结构，具有谐振电路的特性，其谐振频率f0与待测薄片介质的复介电常数实部相关，其谐振品质因数Q0与待测薄片介质的损耗角正切tanδ相联系，因此，应用微带线谐振器测量待测薄片介质的复介电常数可以归结为微带线谐振结构的谐振频率和固有品质因数的测量。通过测量加载样品前后微波谐振腔的谐振频率和品质因数来计算得出待测微波材料的复介电常数，待测薄片介质的介电常数的表达式为：

$>{ϵ}_r={\left[\frac{\mathrm{nc}}{2f_n(L+\mathrm{\Delta L})}\right]}^2$>

其中，c为真空中的光速，n为谐振时沿谐振导带分布的驻波半波长个数，f_n为第n号模式的谐振频率，L为谐振导带长度，△L是考虑到金属导带两端口边缘效应产生的金属导带的有效增长量。

待测薄片介质损耗角正切可以由公式进行计算：

$>\tan \delta =\frac{1}{Q_L}-\frac{1}{Q_C}$>

其中，Q_L为谐振器有载品质因数，Q_C为带状线铜耗的品质因数。

将待测薄片介质放于该微带线谐振器上，通过测量加载样品前后微波谐振腔的谐振频率和品质因数即可计算得出待测薄片介质的复介电常数。

图5所示为本发明实施例提供的薄片介质复介电常数测试系统的测试示例。S₂₁是谐振器输入端到输出端的正向传输系数，是矢量网络分析仪上的一个重要参数。随着待测介质介电常数变化时，如果系统S₂₁相角发生较小变化或者几乎不变，说明系统测试精度不够；如果随着待测介质介电常数变化，系统S₂₁相角发生较大变化，说明系统测试精度高。如图5a所示为本发明实施例提供的测试系统两个端口S₂₁幅值随待测薄片介质介电常数变化的仿真结果，可以发现随着待测薄片介质的介电常数变化，整个系统的谐振频带规律性的偏移，介电常数每增加1，谐振频带偏移20MHz。如图5b所示为本发明实施例提供的测试系统两个端口S₂₁相角随待测薄片介质介电常数变化的仿真结果，可以发现随着待测薄片介质介电常数的增加S₂₁相角也相应变化。由此可见，随着待测薄片介质介电常数的变化，本发明实施例提供的测试系统谐振频带及S₂₁相角都随之发生相应较大的变化，即说明本发明实施例提供的系统介电常数测量的精确度高。

本发明提供了一种用于测试薄片介质复介电常数的谐振器以及系统，谐振器体积小、使用方便、测试误差小，能够实现在UHF频段范围内介质材料复介电常数准确迅速的非损伤测量。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。