毫米(mi)波的(de)材(cai)料(liao)介(jie)電常數(shu)怎麽(me)測(ce)試(shi)出(chu)來(lai)的(de)?

　　毫(hao)米(mi)波的(de)材(cai)料(liao)介(jie)電常數(shu)怎麽(me)測(ce)試(shi)出(chu)來(lai)的(de)?

　　毫米(mi)波（mm Wave）頻(pin)率(lv)曾(zeng)經(jing)是(shi)為(wei)研(yan)究與(yu)開(kai)發（R & D）保(bao)留(liu)的(de)壹段(duan)頻(pin)譜。但是(shi)，現(xian)在毫米(mi)波已(yi)經(jing)得(de)到(dao)了(le)廣(guang)泛(fan)的(de)應(ying)用。隨著汽車駕駛輔助(zhu)系(xi)統(tong)（ADAS）及其毫(hao)米(mi)波雷達(da)安全(quan)系(xi)統(tong)，和第五代（5G）蜂窩通(tong)信技(ji)術擴(kuo)展(zhan)到(dao)更高(gao)頻(pin)率(lv)，毫(hao)米(mi)波頻(pin)率(lv)將(jiang)被(bei)數(shu)十(shi)億人(ren)使(shi)用(yong)。這(zhe)就意(yi)味(wei)著(zhe)，支持(chi)28 GHz或(huo)者更高(gao)頻(pin)率(lv)的(de)PCB線(xian)路(lu)板材(cai)料(liao)的(de)需求(qiu)也將(jiang)不斷(duan)增(zeng)長。表征(zheng)此類(lei)如此高(gao)頻(pin)率(lv)的(de)電路(lu)線(xian)路(lu)板材(cai)料(liao)，例(li)如頻率(lv)在80GHz左(zuo)右(you)，需要(yao)測(ce)量(liang)材(cai)料(liao)在毫米(mi)波頻(pin)率(lv)下(xia)的(de)介(jie)電常數(shu)（Dk）或(huo)相對介(jie)電常數(shu)。然而(er)，在這(zhe)麽高(gao)的(de)頻率(lv)範圍(wei)內(nei)，尚未(wei)有(you)確定(ding)的(de)行(xing)業標準(zhun)。

　　介(jie)電常數(shu)是(shi)大(da)多數(shu)線(xian)路(lu)板材(cai)料(liao)要(yao)關(guan)註(zhu)的(de)特性，因為(wei)它(ta)影響(xiang)電路(lu)的(de)工作(zuo)頻(pin)率(lv)下(xia)的(de)尺(chi)寸。由於波長隨著頻率(lv)的(de)增(zeng)加(jia)而(er)減小(xiao)，特別是(shi)在毫米(mi)波頻(pin)率(lv)下(xia)，電(dian)路(lu)尺(chi)寸會(hui)變(bian)得(de)非(fei)常小(xiao)，因此準(zhun)確地(di)知(zhi)道電路材(cai)料(liao)的(de)Dk是很重(zhong)要(yao)的(de)。本質(zhi)上(shang)，材(cai)料(liao)的(de)Dk或相對介(jie)電常數(shu)可以定(ding)義為(wei)材(cai)料(liao)在兩個金屬板之(zhi)間(jian)時存(cun)儲(chu)的(de)電荷量(liang)與(yu)金(jin)屬板之(zhi)間(jian)是真(zhen)空(kong)或空(kong)氣時(shi)存(cun)儲(chu)的(de)電荷量(liang)之(zhi)比。真(zhen)空的(de)Dk是“1”，而(er)其他(ta)任何材(cai)料(liao)的(de)Dk都(dou)高(gao)於真(zhen)空。

　　Dk的(de)基(ji)礎(chu)知(zhi)識(shi)

　　大(da)多數(shu)線(xian)路(lu)板材(cai)料(liao)供(gong)應(ying)商(shang)使(shi)用(yong)的(de)測(ce)量(liang)方(fang)法都(dou)是(shi)*的(de)行(xing)業標準(zhun)方(fang)法，並(bing)且在特定(ding)的(de)測(ce)試(shi)頻(pin)率(lv)下(xia)測(ce)得(de)，如10GHz或以下。在毫米(mi)波頻(pin)率(lv)下(xia)，也(ye)有(you)壹些測(ce)量(liang)線(xian)路(lu)板材(cai)料(liao)Dk的(de)方(fang)法，但(dan)這(zhe)些方(fang)法均(jun)不如在低(di)頻率(lv)下(xia)使(shi)用(yong)的(de)測(ce)試(shi)方(fang)法那(na)樣*。

　　在毫米(mi)波頻(pin)率(lv)下(xia)測(ce)量(liang)Dk值有哪(na)些困難呢？測(ce)量(liang)壹個材(cai)料(liao)的(de)Dk值，要(yao)麽(me)在被測(ce)原(yuan)材(cai)料(liao)（MUT）上(shang)進行(xing)測(ce)試(shi)，要(yao)麽(me)將原(yuan)材(cai)料(liao)加(jia)工成(cheng)某種形(xing)式的(de)參考(kao)電(dian)路(lu)，在該電(dian)路(lu)上(shang)進行(xing)測(ce)試(shi)。無(wu)論(lun)是(shi)射頻(pin)，微(wei)波還是(shi)毫(hao)米(mi)波頻(pin)率(lv)，線(xian)路(lu)板材(cai)料(liao)的(de)Dk特性通(tong)常是(shi)具有(you)各(ge)向異性的(de)。因此，在利用測(ce)試(shi)方(fang)法確(que)定(ding)材(cai)料(liao)的(de)Dk值時，還需要(yao)先(xian)確(que)定(ding)是測(ce)試(shi)材(cai)料(liao)的(de)Z軸(zhou)（厚(hou)度方(fang)向）或X-Y平面（材(cai)料(liao)的(de)長度和(he)寬度）的(de)Dk。對於不同(tong)的(de)材(cai)料(liao)方(fang)向，這(zhe)些值通(tong)常是(shi)不同(tong)的(de)，並(bing)且通(tong)常是(shi)頻(pin)率(lv)的(de)函(han)數(shu)。因(yin)此對(dui)於毫(hao)米(mi)波電(dian)路(lu)設計工程師(shi)，不能(neng)假設Z軸(zhou)上(shang)10 GHz處(chu)的(de)Dk值等(deng)於相同材(cai)料(liao)下(xia)XY平面(mian)上(shang)60GHz處(chu)的(de)Dk值。在毫米(mi)波頻(pin)率(lv)下(xia)的(de)測(ce)量(liang)電(dian)路(lu)材(cai)料(liao)Dk，對(dui)於許(xu)多即將(jiang)到(dao)來(lai)的(de)毫米(mi)波應(ying)用及其電(dian)路設計工程師(shi)來(lai)說都(dou)是(shi)非(fei)常重(zhong)要(yao)的(de)。

　　篩(shai)選(xuan)候選(xuan)標(biao)準(zhun)

　　現(xian)在已(yi)經(jing)有(you)許(xu)多方(fang)法可以測(ce)定(ding)毫米(mi)波頻(pin)率(lv)下(xia)材(cai)料(liao)的(de)Dk值。但是(shi)還沒(mei)有(you)壹種方(fang)法被(bei)諸如IEEE或IPC這(zhe)樣的(de)技(ji)術標(biao)準(zhun)組織(zhi)接受為(wei)工業標準(zhun)的(de)測(ce)試(shi)技(ji)術。然而(er)，壹些Dk測(ce)試(shi)方(fang)法提供(gong)了非常好(hao)的(de)測(ce)量(liang)精(jing)度和(he)可重(zhong)復(fu)性，使它(ta)們能(neng)成為(wei)毫(hao)米(mi)波Dk測(ce)量(liang)標(biao)準(zhun)的(de)候選(xuan)者。

　　微帶(dai)差(cha)分相位(wei)長度法就(jiu)是其中壹種能(neng)夠(gou)作(zuo)為(wei)潛(qian)在標準(zhun)的(de)毫米(mi)波Dk測(ce)量(liang)技(ji)術。這(zhe)是壹種基(ji)於電(dian)路的(de)測(ce)試(shi)方(fang)法。該(gai)方(fang)法，在被測(ce)材(cai)料(liao)上(shang)制作(zuo)多個不同(tong)長度的(de)50歐姆(mu)的(de)微帶(dai)傳(chuan)輸線(xian)電(dian)路，這(zhe)樣，通(tong)過測(ce)量(liang)兩個電路(lu)的(de)相位(wei)角(jiao)差異，就(jiu)可以得(de)到(dao)被(bei)測(ce)材(cai)料(liao)的(de)Dk特性。由於被(bei)測(ce)材(cai)料(liao)的(de)Dk可能(neng)會生(sheng)變(bian)化，因(yin)此在確定(ding)該材(cai)料(liao)的(de)dk時，兩個微帶(dai)電(dian)路應(ying)盡可能(neng)靠(kao)近(jin)，以盡量減少材(cai)料(liao)Dk變(bian)化帶(dai)來(lai)的(de)影響(xiang)。可以使用的(de)，頻率(lv)覆蓋範圍(wei)高(gao)達(da)110GHz的(de)矢(shi)量網(wang)絡分(fen)析(xi)儀(yi)（VNA），測(ce)試(shi)MUT上(shang)兩個不同(tong)長度微(wei)帶(dai)電(dian)路的(de)S參數(shu)和(he)相位(wei)測(ce)量(liang)。

　　另壹種在毫米(mi)波頻(pin)率(lv)下(xia)確(que)定(ding)線(xian)路(lu)板材(cai)料(liao)Dk值的(de)方(fang)法是(shi)環形諧(xie)振器法，其(qi)中環(huan)形諧振器是在MUT上(shang)制作(zuo)的(de)測(ce)試(shi)電(dian)路(lu)。這(zhe)些諧振電(dian)路的(de)尺(chi)寸和(he)設計參(can)數(shu)能(neng)詳細(xi)的(de)反映諧振頻(pin)率(lv)。當(dang)在MUT上(shang)加(jia)工壹個環形(xing)諧振器時，通(tong)過測(ce)量(liang)諧(xie)振頻(pin)率(lv)就(jiu)能(neng)準(zhun)確的(de)反推出(chu)材(cai)料(liao)的(de)介(jie)電常數(shu)等(deng)信(xin)息。通(tong)過使用(yong)VNA測(ce)量(liang)毫(hao)米(mi)波頻(pin)率(lv)下(xia)的(de)間(jian)隙耦合(he)環形諧振器的(de)響應(ying)，並(bing)將這(zhe)些響應(ying)與(yu)商(shang)用(yong)電(dian)磁(ci)（EM）場(chang)計算(suan)軟(ruan)件提供(gong)的(de)基(ji)於數(shu)值的(de)結果(guo)進(jin)行(xing)比較，可以根(gen)據輸入到軟(ruan)件中的(de)電路(lu)尺(chi)寸和(he)條件提取出(chu)MUT的(de)Dk值。

　　當然，在實際(ji)應(ying)用中，尤(you)其是對(dui)於毫(hao)米(mi)波電(dian)路(lu)的(de)尺(chi)寸，電(dian)路(lu)尺(chi)寸和(he)公(gong)差(cha)可能(neng)會導(dao)致(zhi)測(ce)量(liang)的(de)諧振頻(pin)率(lv)發(fa)生(sheng)變(bian)化，從(cong)而(er)導(dao)致(zhi)被(bei)測(ce)材(cai)料(liao)的(de)Dk值產生(sheng)誤(wu)差。導(dao)體寬(kuan)度和(he)電路(lu)基(ji)板（MUT）的(de)厚度變(bian)化也(ye)會影(ying)響環(huan)形(xing)諧振器的(de)頻率(lv)。此外，環形諧(xie)振器電路上(shang)的(de)銅箔厚(hou)度在整個線(xian)路(lu)板上(shang)也可能(neng)不同(tong)。電(dian)路(lu)銅(tong)厚度的(de)變(bian)化會(hui)對間(jian)隙耦合(he)環形諧振器的(de)耦合(he)和諧振頻(pin)率(lv)產(chan)生(sheng)影(ying)響，因此，在應(ying)用環形諧(xie)振器測(ce)試(shi)方(fang)法確(que)定(ding)毫米(mi)波頻(pin)率(lv)下(xia)線(xian)路(lu)板材(cai)料(liao)的(de)Dk時，將(jiang)電路(lu)銅厚度變(bian)化降(jiang)至(zhi)zui低(di)是至(zhi)關(guan)重(zhong)要(yao)的(de)。

　　上(shang)面提到的(de)方(fang)法，是(shi)眾多成熟的(de)線(xian)路(lu)板材(cai)料(liao)Dk值測(ce)試(shi)技(ji)術的(de)兩個個經典方(fang)法，可作(zuo)為(wei)在毫米(mi)波頻(pin)率(lv)下(xia)測(ce)量(liang)和(he)確(que)定(ding)線(xian)路(lu)板材(cai)料(liao)Dk的(de)行(xing)業標準(zhun)方(fang)法。這(zhe)兩種都(dou)是(shi)基(ji)於電(dian)路的(de)測(ce)試(shi)方(fang)法，也(ye)可以使用其它基(ji)於原(yuan)材(cai)料(liao)的(de)測(ce)試(shi)方(fang)法。

　　材(cai)料(liao)產(chan)業也迎來(lai)了5G新(xin)時(shi)代(dai)，在應(ying)用端(duan)手機(ji)、基(ji)站、物(wu)聯網(wang)、汽車(che)等(deng)硬件載體都(dou)將(jiang)對(dui)5G新(xin)材(cai)料(liao)有(you)更多的(de)需求(qiu)和更高(gao)的(de)要(yao)求(qiu)。