Предлагаемый компанией QWED открытый резонатор Фабри — Перо (FPOR) позволяет точно определять характеристики слоев диэлектрического материала в диапазоне частот от 110 ГГц до 170 ГГц с применением одной измерительной платы.
Открытый резонатор Фабри — Перо с программным управлением, векторный анализатор цепей R&S®ZNA26 и два СВЧ-преобразователя R&S®ZC170.
Измерительная задача
Вам необходимо определить СВЧ-характеристики диэлектрического слоя материала, который вы производите или закупаете у стороннего производителя. Эти сведения могут быть полезны при оптимизации процесса производства материала или при разработке СВЧ-схемы (например, для технологий 6G).
Речь идет о таких материалах, как полимеры (полипропилен, поливинилхлорид и пр.), подложки печатных плат (например, FR-4, RT5880), стекло (кварцевое стекло, боросиликаты и пр.) и монокристаллические пластины (кварц, сапфир и пр.). Тангенс угла диэлектрических потерь материала может составлять всего лишь 1 × 10–4, и тем не менее возможно очень точное измерение этого параметра в диапазоне частот от 110 ГГц до 170 ГГц. Если нерезонансная измерительная плата (например, конструкция со свободным пространством или волноводом) не удовлетворяет вашим требованиям в диапазоне D, рекомендуем попробовать открытый резонатор Фабри — Перо (FPOR).
Открытый резонатор Фабри — Перо (FPOR) обеспечивает точное измерение комплексной диэлектрической проницаемости диэлектрических пленок в диапазоне частот от 110 ГГц до 170 ГГц с разрешением 1,5 ГГц. В дополнение к измерительной плате FPOR для быстрого и удобного проведения автоматических измерений требуются 2-портовый векторный анализатор цепей R&S®ZNA26 и ПК. В диапазоне D также требуется адаптер волновода для подключения двух СВЧ-преобразователей R&S®ZC170 к резонатору FPOR с коаксиальным разъемом.
Характеристики испытуемого материала определяются в резонаторе по соседним нечетным Гауссовым модам, которые обозначаются как TEM0,0,q, где q = индекс продольных мод. Испытуемый материал обычно размещается точно по центру резонатора на перетяжке Гауссова пучка в максимальном электрическом поле. Испытуемый материал вставляется в резонатор с помощью специального поликарбонатного держателя образца с круглым отверстием по центру (наружный диаметр < 50 мм). Если образец умещается в резонаторе, измерение проводится без разрушения образца, особая подготовка испытуемого материала не требуется.
Исходные измеренные данные, в частности изменения резонансной частоты и добротности резонатора при вводе испытуемого материала, преобразуются в диэлектрическую проницаемость (Dk) и тангенс угла диэлектрических потерь (Df) соответственно. Для значения Dk на этапе предварительной обработки с помощью электромагнитной модели резонатора составляются таблицы значений резонансной частоты в зависимости от толщины и диэлектрической проницаемости испытуемого материала.
После определения диэлектрической проницаемости испытуемого материала рассчитывается соответствующий тангенс угла диэлектрических потерь по следующей формуле:
Вам необходимо определить СВЧ-характеристики диэлектрического слоя материала, который вы производите или закупаете у стороннего производителя. Эти сведения могут быть полезны при оптимизации процесса производства материала или при разработке СВЧ-схемы (например, для технологий 6G).
Речь идет о таких материалах, как полимеры (полипропилен, поливинилхлорид и пр.), подложки печатных плат (например, FR-4, RT5880), стекло (кварцевое стекло, боросиликаты и пр.) и монокристаллические пластины (кварц, сапфир и пр.). Тангенс угла диэлектрических потерь материала может составлять всего лишь 1 × 10–4, и тем не менее возможно очень точное измерение этого параметра в диапазоне частот от 110 ГГц до 170 ГГц. Если нерезонансная измерительная плата (например, конструкция со свободным пространством или волноводом) не удовлетворяет вашим требованиям в диапазоне D, рекомендуем попробовать открытый резонатор Фабри — Перо (FPOR).
Qt = добротность резонатора с образцом, Q0 добротность резонатора без образца, pe = коэффициент заполнения резонатора по электрическому полю. Коэффициент pe рассчитывается по методу приращения частоты.
Компания QWED предлагает комплексное решение для определения электромагнитных характеристик материалов с помощью открытого резонатора Фабри — Перо.
Посетите сайт www.qwed.eu
Погрешность Dk почти всегда напрямую связана с погрешностью толщины испытуемого материала. Например, при погрешности толщины 1 % погрешность Dk составляет ок. 1 %. При соблюдении надлежащих условий измерения метод измерения Dk сам по себе обеспечивает точность 0,25 %. Кроме того, компенсируются колебания по причине температурного дрейфа.
Погрешность Df зависит от таких факторов, как толщина испытуемого материала, уровень Df, настройки векторного анализатора цепей и вибрация. При этом добротность резонатора более 200 000 позволяет достигать погрешность менее ±5 %, в том числе для материалов с очень малыми потерями на уровне 1 × 10–4.
Внутри резонатора используются Гауссовы моды с линейной поляризацией, что позволяет измерять плоскостную анизотропию образца. В других резонаторах данное измерение невозможно. Плоскостная анизотропия может проявляться в различных типах материалов в связи с их физической структурой (например, кристаллы) или обработкой (например, некоторые полистирольные пленки). Если такой образец произвольно вводится в резонатор FPOR, существует высокая вероятность расщепления мод и образования двух резонансных частот. В этом случае следует поворачивать образец до тех пор, пока не исчезнет одна из резонансных кривых. После этого можно продолжить измерение комплексной диэлектрической проницаемости. Затем следует дополнительно повернуть образец на 90 градусов и полностью повторить процедуру. Как правило, тангенс угла диэлектрических потерь менее подвержен анизотропии, чем диэлектрическая проницаемость.
