在應(yīng)用微波傳輸線設(shè)計(jì)微波電路的過程中，印制板介電常數(shù)ε是影響其相關(guān)指標(biāo)的重要因素，由于工作頻率、印制板制作過程中的誤差等因素的影響，介電常數(shù)ε往往并非廠商所給定的標(biāo)稱值。而如果仿真過程中介電常數(shù)ε設(shè)置的不準(zhǔn)確，就會使得仿真結(jié)果與實(shí)際制作得到的結(jié)果產(chǎn)生很大的偏差，嚴(yán)重影響設(shè)計(jì)一致性，增加設(shè)計(jì)及調(diào)試成本。因此，測定印制板的實(shí)際介電常數(shù)就成為設(shè)計(jì)微波傳輸線電路的首要問題。主要是以某型號頻譜分析儀中濾波器設(shè)計(jì)方法為例，提出了一種測量實(shí)際介電常數(shù)ε的方法———半波長法，根據(jù)半波長點(diǎn)處的匹配特性最佳的特點(diǎn)，利用EDA軟件與矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀同時(shí)分析一段已知的傳輸線，通過修改ε值使得仿真得到的傳輸線特性與矢量網(wǎng)路分析儀測得的傳輸線特性一致，從而確定不同頻率點(diǎn)處所對應(yīng)的實(shí)際介電常數(shù)值，使得仿真結(jié)果與實(shí)際工程制作后得到的結(jié)果基本一致，保證電路設(shè)計(jì)的可靠性及一致性。該方法已經(jīng)應(yīng)用于實(shí)際工程中，有效解決了仿真與實(shí)際應(yīng)用中濾波器等微波電路設(shè)計(jì)的差異性問題。

1、引言

　　介電常數(shù)反映了介質(zhì)的基本特性。它與物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、組成、密度等因素有關(guān)。測量介電常數(shù)的方法主要有正切網(wǎng)絡(luò)法、波導(dǎo)法、諧振腔法、基于有限元分析法、探針法、自由空間法等。其中波導(dǎo)法、諧振腔法屬于實(shí)驗(yàn)室測量方法，要求具有相應(yīng)的樣品采集技術(shù)。由于環(huán)境改變和對樣品的加工處理勢必會造成測量與真實(shí)值之間很難估計(jì)的偏差。基于有有限元分析法、探針法、自由空間法屬于實(shí)地測量方法，只能代表局部特征。介紹了測量實(shí)際節(jié)點(diǎn)常識的方法，能夠真實(shí)的反映介質(zhì)的實(shí)際介電常數(shù)值，真空技術(shù)網(wǎng)(http://203scouts.com/)認(rèn)為具有一定的工程應(yīng)用意義。在利用微帶線或帶狀線進(jìn)行微波網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)時(shí)，相關(guān)EDA軟件都會要求輸入印制板材的結(jié)構(gòu)信息及介質(zhì)的介電常數(shù)，以進(jìn)行阻抗的分析及計(jì)算。

　　在實(shí)際工程應(yīng)用中，往往會出現(xiàn)仿真與實(shí)測結(jié)果出現(xiàn)較大的偏差。以1.2GHz和3.6GHz無源帶通濾波器為例，實(shí)測中心頻率向低端出現(xiàn)了不同程度的偏移，帶內(nèi)插入損耗和駐波等其他指標(biāo)也出現(xiàn)了明顯的惡化。仿真和實(shí)測結(jié)果對比如表1所示。

表1 1.2GHz(ε=3.2)和3.6GHz(ε=3.2)無源帶通濾波器仿真與實(shí)測結(jié)果對比

　　出現(xiàn)以上惡化的原因有3種：

　　1)印制板介質(zhì)厚度的誤差。利用EDA軟件，介質(zhì)厚度在±5%的范圍內(nèi)變化的情況下進(jìn)行仿真，結(jié)果發(fā)現(xiàn)對表1中的相關(guān)因素影響不大。

　　2)制作工藝上的誤差，使微帶線或帶狀線的長、寬與仿真結(jié)果存在不同程度的差異。同樣在仿真時(shí)使微帶線或帶狀線的長、寬改變±5mil，經(jīng)仿真可發(fā)現(xiàn)上述的誤差對表1中的相關(guān)指標(biāo)影響也不是很大。

　　3)改變印制板介電常數(shù)ε值，并進(jìn)行仿真。結(jié)果表明，改變介電常數(shù)ε的大小，濾波器的中心頻率、差損及帶內(nèi)駐波都有較大范圍的變化。

　　由此看來，在設(shè)計(jì)微波集成電路時(shí)，板材介電常數(shù)ε是其中最重要的參數(shù)。無論是帶狀線或微帶線的特性阻抗、幅度衰減，或是由帶狀線或微帶線設(shè)計(jì)的微波電路的主要指標(biāo)，如中心頻率、帶寬、差損等，都要受到介電常數(shù)ε的影響。因此在利用EDA軟件進(jìn)行仿真時(shí)，首先要對印制板材的實(shí)際介電常數(shù)ε進(jìn)行測量。

　　主要就以上問題進(jìn)行了主要的闡述，并引入半波長法來測量介電常數(shù)ε的實(shí)際值。應(yīng)用此方法可以測量印制板在不同頻率時(shí)的實(shí)際介電常數(shù)。這樣在進(jìn)行仿真時(shí)將其測量結(jié)果輸入仿真軟件，就可以使仿真結(jié)果與實(shí)際中的測量結(jié)果相一致，減少設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的重復(fù)性，以達(dá)到良好的設(shè)計(jì)效果。

　　上述方法對計(jì)算印制板實(shí)際介電常數(shù)ε提供了一種可行的途徑。使微波電路的設(shè)計(jì)仿真有了更可靠的參數(shù)依據(jù)。經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證，最終得到的濾波器與仿真結(jié)果基本一致，實(shí)現(xiàn)了理論與實(shí)踐的一致性，保證了設(shè)計(jì)的可靠性和穩(wěn)定性。

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