浅析介电常数Dk测试工法中的变量反应

 

挪动无线通讯零碎正朝着第七代（5G）通讯技能前进，并逐渐向毫米波（mmWave）频段停滞。关于许多通路设想工事师而言，象征着要郑重思忖印刷通路板（PCB）资料的取舍，并理解它正在毫米波频次下的5G通路零碎中的功能特色。这象征着许多高频通路设想工事师，需求依托路线板资料厂家需要的介电常数（Dk）丈量值，来作为设想通路的根底。然而，该署资料的Dk丈量值牢靠性如何呢？

IPC等机构界说的规范化测试工法为丈量资料Dk需要了卓有成效的办法。实践上，IPC有12种没有同的办法来肯定资料的Dk值（含超导体或者没有含超导体）。然而，该署办法具有一些变迁量，招致那种资料打算出的Dk能够会发作偏偏向。比方路线板资料的Dk值一般存正在各向同性，那样经过相反路线板资料的x-y立体肯定的Dk与z轴或者薄厚位置肯定的Dk是没有同的。并且，线路板资料的Dk也与频次有关，Dk值随频次增多而升高。因而，正在比拟路线板资料的Dk值时，正在相反的测试频次和相反的资料位置或者坐标轴上停止比拟是无比主要的。运用相反的Dk测试工法，无助于于它们停止更精确的比照，由于来自没有同测试工法的后果能够会有所没有同。

那样，哪个是准确的Dk值的测试工法？特别是下一代通路的模子或者设想，采纳准确的Dk值非常要害。虽然测试工法存正在可反复性，但相反电路板资料运用没有同的测试工法后果也会有所没有同。主要的是要了解干什么会发作这种状况，尤其是用选出资料的Dk来设想和打造24GHz或者许更高频次的5G通路时更是如此。

用来肯定被测资料（MUT）Dk的测试工法囊括间接测试原介质资料的办法，即是将原资料介质放入榫头中并用非金属超导体将被测资料压紧停止测试；也囊括经过正在某资料上加工存正在明显特点的通路，对于该通路测试来实现被测资料Dk确实定。基于测试榫头的Dk测试工法，相似IPC规范IPC-TM-650 2.5.5.5 Rev C就是内中之一。该测试工法细致引见的夹紧式带状线测试工法，最大水平的减小了通路加工对于资料Dk测试的反应，从而肯定介质原资料的Dk。正在夹紧式带状线测试榫头中，是将两块原始介质资料夹正在非金属通路层两侧，以构成带状线谐振器的。

虽然这种Dk丈量办法试图过分消弭加工进程对于资料Dk的反应，但它依然有一些其余的没有可控性变量的反应，如正在带状线谐振器两侧的被测资料的薄厚变迁。这种夹紧带状线的薄厚是由测试榫头两头的谐振器薄厚和两侧的被测资料的薄厚单独形成。构成该带状线谐振器的薄厚变迁会反应该测试榫头肯定的Dk值（该值常常是薄厚范畴的均匀值）。搁置正在测试榫头的资料的没有匀称性也能够会招致气氛滞留正在测试榫头中，从而反应Dk值。由于气氛的Dk值约为1，气氛的具有会升高被测资料（MUT）的Dk，气氛越多反应越大。

为了维持分歧性和精确性，IPC测试工法明肯定义了测试榫头中运用的软件类型，相似直径3.5毫米的同轴电线，N型同轴联接器等。这种互连确保了仪表（VNA）和测试榫头正在停止高频丈量时存正在可反复性，但这种软件类型也会设定一度频次制约，没有高于12GHz。正在较高的频次下千万仍能够运用带状线测试榫头办法停止Dk丈量，然而必需对于软件停止改良，囊括待测资料（MUT）要更薄，和更小直径的同轴电线和联接器之类。还必需明肯定义软件的功能极限，相似拔出消耗，相位精密度和带宽等，以确保该类Dk丈量正在高频次下的分歧性和精确性。

进程完美

基于通路的Dk测试工法是正在待测资料（MUT）上设想那种参考通路，经过测试该通路的某些功能，从而用于肯定资料正在没有同频次下的Dk。但是，正在通路的加工进程中的一些变量，如微带或者接地共面波导(GCPW)的没有同，会反应通路肯定的Dk的精确性。相似，微带环形谐振器一般用作肯定Dk的通路设想（请参看ROG的博客，“Searching for a Standard mmWave Dk Test Method”），由于一定的Dk和通路分寸（相似环半径）对于该当资料上一定的谐振频次。以至能够用于肯定资料的其余特点，如消耗或者耗散因数（Df）。微带环形谐振器能够正在较广播段次下较精确确实定Dk，然而随着频次的增多精确度就逐步升高。

微带传输线也可用作测试通路来丈量和肯定待测资料（MUT）的Dk，它是应用微带正在没有同介电资料上的流传特点（相似相移）来肯定的。然而因为正在待测资料（MUT）上加工微带线就具有诸多与打造工艺有关的变量，如超导体的幅度、超导体之间的距离以及介电资料的薄厚等，因而最终Dk的精密度受该署变迁参数的反应。此外，沿着传输线流传的电磁场全体正在电解质资料中，全体正在其四周的气氛中，因而依据传输线的丈量后果肯定Dk时，需求思忖气氛中的电磁场量。

关于通路设想师来说，肯定路线板资料Dk的精确、可反复的办法对于毫米波频段的钻研和设想至关主要。厄运的是，对于丈量用通路（相似环形谐振器）的改良能够缩小通路加工变迁的反应，齐头并进步正在较高频次下Dk确实定精密度（请进见笔者的IPC 2020演示文稿，“Measuring the Impact of Test Methods for High Frequency Circuit Materials”）。该演示文稿公布正在罗杰斯民间网站技能支撑核心网页上。正在微带环形谐振器中运用旁边啮合相比于间隙啮合能够进步Dk丈量精密度，况且运用GCPW馈线接替微带能够缩小基于微带通路变迁带来的反应。

肯定路线板资料Dk的测试工法很多，然而经过恰当的丈量办法和充足思忖，正在毫米波频次范畴内，也能够可反复、准确的丈量路线板资料的Dk值。