Микрополосковый метод исследования диэлектрической проницаемости материалов на сверхвысоких частотах

Н.А. Малков, С.В. Мищенко

Микрополосковый метод (МП) измерения диэлектрических параметров обладает высокой чувствительностью и позволяет полностью перекрыть частотный диапазон на стыке дециметровых и сантиметровых длин волн (где измерительные ячейки с распределёнными параметрами имеют неприемлемо большие габариты)

Он основан на регистрации полюса затухания на амплитудно-частотной характеристике (а.ч.х.) многозвенной микрополосковой измерительной ячейки.

Положение и глубина полюса затухания определяется соответственно диэлектрической проницаемости и тангенсом угла диэлектрических потерь материала подложки, а также геометрией металлических полосок.

Исследовалась измерительная ячейка а.ч.х., которой наблюдались «окна прозрачности» вблизи частот, кратных полуволновому резонансу в отрезках м.п. линий, а полюса затухания - на частотах, где индуктивное и ёмкостное взаимодействие отрезков м.п. линий компенсируют друг друга.

Обнаружено, что диэлектрическая проницаемость подложки . А.ч.х. рассматриваемой измерительной ячейки имеет лишь один полюс затухания, причём он располагается на частоте, всегда ниже частоты полуволнового резонанса.

А.ч.х. измерительной ячейки имеет открытый максимум, характерный для подобных схем, что позволяет определять частоту полюса затухания с высокой точностью. Как показывают исследования, частота полюса и величина затухания СВЧ-мощности в нём зависят от всех параметров микрополосковой секции.

При этом в качестве параметра сравнения, характеризующего чувствительность метода, не только значение относительного сдвига полюса затухания в зависимости от изменения подложки, но и точностью измерения частоты , зависящей от «остроты» полюса. Здесь «острота» полюса оценивается отношением f к ширине а.ч.х. по уровню 3 Дб от уровня максимальных потерь.

Из анализа полученных данных были установлены следующие закономерности. Чувствительность почти не зависит от длины полосок и не изменяется при варьировании ширины полосок, но монотонно возрастает с увеличением отношения (расстояния между полосками и толщиной подложки), оставаясь, однако, даже при малых значениях не меньше, чем в резонаторном методе.