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技術(shù)文章
材料測試主要測試材料的介電常數(shù)和損耗角正切，即dk,df測試。當(dāng)然也有磁導(dǎo)率測試，這里不做討論。目前市面上有多種測試方法，主要分為傳輸反射法和諧振腔法兩大類。對于高損材料，損耗角正切在0.05以上通常采用傳輸反射法。對于低損材料，一般采用諧振腔法，df可以測試到0.0002甚至更低。諧振腔種類很多，例如有分離圓柱諧振腔，諧振腔微擾法，準(zhǔn)光腔，分離介質(zhì)諧振腔等。本文介紹分離介質(zhì)諧振腔SPDR。將從以下幾個(gè)方面來闡述。
分離介質(zhì)諧振腔測試原理和測試方法
IEC61189-2-721(GBT 43801-2024)標(biāo)準(zhǔn)解讀
解決方案
一、分離介質(zhì)諧振腔測試原理
測試連接圖如下：主要包括矢網(wǎng)以及諧振腔夾具，以及電腦（裝有材料測試軟件）組成。
先測試空載（未加樣品時(shí)）的諧振頻率f0和品質(zhì)因數(shù)Q0，然后加載樣品，測試有載的諧振頻率fs和品質(zhì)因數(shù)Qs.
注：待測材料介電常數(shù)越大，fs偏離f0越遠(yuǎn)。曲線越寬，損耗df越大.
然后根據(jù)下列公式提取材料的介電常數(shù)和損耗角正切：
ε?:相對介電常數(shù)
h: 待測樣品厚度，單位mm
f0:空腔諧振頻率
fs:加載樣品后的諧振頻率
Kε（ε?.h）：是ε?和h的函數(shù)，采用逐次逼近迭代算法。這里不做詳細(xì)解釋，可查閱相關(guān)IEC標(biāo)準(zhǔn)。
tanδ:損耗角正切
Qs:諧振夾具包含樣品的Q值
Qc:諧振器金屬損耗的Q值
QDR：諧振器介質(zhì)損耗的Q值
ρes:樣品的電磁場能量填充因子。諧振腔的物理尺寸確定后，可以通過電磁場仿真得到ρes。對于固定的諧振腔，ρes是個(gè)常數(shù)。
簡單說，目前市面上基本都是通過式諧振腔，即通過測試S21參數(shù)方法，得到材料的dk,df。矢網(wǎng)不需要做任何校準(zhǔn)。
二、IEC61189-2-721(GBT43801-2024)標(biāo)準(zhǔn)解讀
1 適用材料和范圍
IEC 61189的這一部分概述了一種方法來確定相對介電常數(shù)（ε?）和損耗角正切（tanδ）（也稱為介電常數(shù)（Dk）和耗散因子（Df），使用SPDR方法測試覆銅層壓板或介電基材（或陶瓷等）在微波頻率（從1.1 GHz到20 GHz）的材料屬性。
2 對矢網(wǎng)要求
500MHz到20GHz，動(dòng)態(tài)范圍大于60dB
3 空腔矢網(wǎng)S參數(shù)要求
S11和S22對稱，S21諧振峰值在-40dB到-45dB之間。SPAN是諧振曲線3dB帶寬的110%到200%（SPAN要求對加載樣品矢網(wǎng)也適用）
4 SPDR測試夾具結(jié)構(gòu)圖
5 不同頻段下的SPDR測試夾具尺寸要求
6 不同頻段下的SPDR測試夾具對樣品的要求
注：樣品厚度說明：測試夾具高度限制內(nèi)，越厚測試誤差越小。對于特別薄的樣品，可以多層stack到0.4mm以上。 備注：樣品和夾具之間的空氣間隙不影響測試精度。
7 樣品標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)證件
單晶石英
8 深弓千分尺精度要求（樣品加工尺寸測量）
分辨率優(yōu)于0.001mm
9 循環(huán)溫箱（circulating oven）
105°C（+5/-2°C）
10 環(huán)境測試室（Test Chamber，用于變溫測試）
-125°C到+110 °C（或者供應(yīng)商和用戶約定的其他溫度），溫度設(shè)置數(shù)值和實(shí)際溫度相差±1°C，到達(dá)設(shè)置溫度后，保持15分鐘以上。
11 常溫測試
樣品測試前，在環(huán)境23°C±2°C，相對濕度（50±5）%下超過24小時(shí)。注：如果樣品被蝕刻或暴露在潮濕環(huán)境，需要在105°C（+5/-2°C）循環(huán)溫箱干燥2小時(shí)
12 測試精度要求
△ε/ε=±(0.0015+△h/h).
△tanδ=±2 x 10-5or ±0,03 tanδ
（兩者取大的一個(gè)）
13 室溫測試報(bào)告
（1）測試環(huán)境（溫度，濕度）
（2）測試頻率
（3）測試頻率下的相對介電常數(shù)和損耗角正切數(shù)值
（4）樣品類型，尺寸，厚度等
（5）測試數(shù)據(jù)是否異常
14 變溫測試報(bào)告
（1）測試溫度（T）和參考溫度（Tref）
（2）測試頻率
（3）測試頻率和測試溫度下的相對介電常數(shù)和損耗角正切數(shù)值
（4）測試頻率和參考溫度下的相對介電常數(shù)和損耗角正切數(shù)值
（5）介電常數(shù)TC和損耗角正切TC 備注：TC：溫度系數(shù)
（6）如果多個(gè)溫度測試，需要畫出相對介電常數(shù)VS溫度變化以及損耗角正切數(shù)值VS溫度變化曲線
（7）樣品類型，尺寸，厚度等
（8）測試數(shù)據(jù)是否異常
三、介質(zhì)諧振腔測試介電常數(shù)解決方案
網(wǎng)絡(luò)分析儀，配合第三方的SPDR夾具，為客戶提供相關(guān)材料測試解決方案。
提供的矢網(wǎng)產(chǎn)品系列如下：
ZNLE系列：100KHz 到3GHz/4.5GHz/6GHz/14GHz/18GHz
ZNL系列：5KHz 到3GHz/4.5GHz/6GHz/14GHz/20GHz
ZNB3000系列：9KHz 到4.5GHz/9GHz/20GHz/26.5GHz
ZNA系列：10MHz 到26.5GHz/43.5GHz/50GHz/67GHz
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