[发明专利]一种用于厚度方向介电性能测试的单齿电磁带隙结构谐振腔

说明书

本发明公开了一种用于厚度方向介电性能测试的单齿电磁带隙结构谐振腔，属于微波、毫米波材料介电性能测试技术领域。该方法构造的单齿电磁带隙结构谐振腔，使用的测试模式为TEsubgt;10n/subgt;，腔内电场方向与材料厚度方向垂直，能够测试Z轴方向上介电性能；该腔体可实现多频点测试，满足2.5GHz～110GHz频率范围内测试；该腔体的品质因数大于3000，在测量介电损耗时具有更高的测试精度。相对于双齿电磁带隙结构谐振腔，单齿电磁带隙结构谐振腔更为简单，解决了两个半腔之间的电磁带隙结构需严格对称导致的定位困难问题，同时也降低了加工成本；此外，单齿电磁带隙结构谐振腔一面为光滑金属平板，从缝隙置入样品时操作更为方便。

技术领域

本发明属于微波、毫米波材料介电性能测试技术领域，尤其涉及一种材料介电性能的精确测试方法。

背景技术

随着5G的发展和应用，电路板的工作频段从厘米波提升到了毫米波，由于印制电路板材料的结构特性，使得材料在X-Y平面和Z轴(厚度)方向上的介电性能存在明显的差异，电路板行业通常参考的是Z轴方向的相对介电常数。因此，研究毫米波频段Z轴方向介电性能精确测试成为当前关注的焦点。

现有的Z轴方向测试方法是通过样品和电极紧密夹紧排除空气隙的影响，主要有IPC TM-650 2.5.5.5规定的带状线谐振法和IEC 63185-2020规定的平衡型圆盘谐振器法(BCDR)法，测试时受空气隙的影响，测试夹具里残留的空气(空气的ε约为1)会使测得的介电常数值略低于材料本身的介电常数。带状线谐振法需要用待测材料制作成微带电路，仅限于对容易加工的材料进行测试，且这种方法的测试频率不高于12GHz。平衡圆盘谐振腔，在测试前需要将待测材料制作成两个大小厚度完全相同的圆形片状样品，制备起来较为困难，不适用于易碎材料和保留铜电极的覆铜板测试。这两种测试方法操作复杂，品质因数低，且存在样品制备和测试频率的局限性，无法满足Z轴方向介电性能高精度测试的需求。

在进行Z轴方向介电性能测试时，需要产生垂直于介质平面的电场，这种垂直电场对水平空气缝隙极为敏感，若缝隙过大将会导致电场不连续，无法产生正常的谐振模式。为避免空气隙的影响，将电磁带隙结构引入到谐振腔设计中，采用非接触式的结构阻止电磁信号从中间缝隙中泄漏，使电磁场在开缝状态下依然保持连续，从而实现z轴方向上介电性能开缝测试。但这种电磁带隙结构谐振腔在设计时，两个半腔之间的电磁带隙结构需严格对称分布，存在加工和安装难以定位的问题；且在实际操作过程中，从齿面相向的双齿缝隙置入样品困难，容易划伤样品表面，影响测试效果。

发明内容

为了克服上述现有技术不足，本发明提出了一种用于厚度方向介电性能测试的单齿电磁带隙结构谐振腔，为微波材料Z轴性能高精度测试提供了一种实用化的解决方案。

本发明构造的单齿电磁带隙结构谐振腔，使用的测试模式为TE_10n，腔内电场方向与材料厚度方向垂直，能够测试Z轴方向上介电性能；该腔体可实现多频点测试，满足2.5GHz～110GHz频率范围内测试；该腔体的品质因数大于3000，在测量介电损耗时具有更高的测试精度。相对于双齿电磁带隙结构谐振腔，单齿电磁带隙结构谐振腔更为简单，解决了两个半腔之间的电磁带隙结构需严格对称导致的定位困难问题，同时也降低了加工成本；此外，单齿电磁带隙结构谐振腔一面为光滑金属平板，从缝隙置入样品时操作更为方便。

为实现上述目的，本发明采用的技术如下：