本發(fā)明涉及微波測量領(lǐng)域，具體來說，涉及一種薄膜材料介電性能的測試方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

薄膜材料廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域，如信息存儲及復(fù)合材料粘結(jié)等。不同的應(yīng)用需求對薄膜材料的電磁特性要求也不盡相同。對薄膜材料而言，其復(fù)介電參數(shù)和磁導(dǎo)率是其重要參數(shù)。但是，由于薄膜材料厚度很薄，體積也很小，同時在制作薄膜時一般選擇涂覆在特定的基底上，其中在測量塊狀均勻介質(zhì)時，測量其高頻復(fù)電磁特性比較加困難。

目前薄膜材料復(fù)介電常用的測試方法主要有諧振腔法以及傳輸/反射法。

其中，諧振腔法是將待測樣品放入諧振腔內(nèi)，根據(jù)樣品放入前后其諧振頻率和品質(zhì)因數(shù)Q的變化來確定樣品的復(fù)介電常數(shù)或復(fù)磁導(dǎo)率，如圖1所示。但是其只能用于點(diǎn)頻測量，要測量多個頻點(diǎn)需要制作多個不同的諧振腔體，對于微波頻段內(nèi)測量并不能很好的兼容，同時也無法同時得到磁性能和介電性能。

此外，傳輸/反射法是一種單端口或雙端口傳輸線法，將待測樣品及相應(yīng)的測量裝置視為單口或雙口網(wǎng)絡(luò)，通過加載待測薄膜后傳輸線的S參量變化來計算薄膜的復(fù)電磁參數(shù)。此方法中應(yīng)用最為廣泛的為微帶法，其原理見圖2a及圖2b。但是該方法在測試的過程中需要對電磁參數(shù)已知、且尺寸和厚度與待測薄膜相同的參考樣品進(jìn)行測試，從而確定待測薄膜材料的復(fù)磁導(dǎo)率，由于參考樣品往往較難以獲得，因此該方法實(shí)現(xiàn)也較難。

針對相關(guān)技術(shù)中的問題，目前尚未提出有效的解決方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對相關(guān)技術(shù)中的問題，本發(fā)明提出一種薄膜材料介電性能的測試方法及系統(tǒng)。

本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種薄膜材料介電性能的測試方法。

該方法包括：

根據(jù)測試儀器的類型制作樣品，其中，測試儀器至少包括網(wǎng)絡(luò)分析儀PNA、材料測量裝置，樣品厚度已知且襯底無磁性；

調(diào)試測試儀器；

將樣品與測試儀器相連，通過測試儀器對樣品進(jìn)行測試。

其中，當(dāng)測試儀器為波導(dǎo)轉(zhuǎn)換設(shè)備時，制作樣品包括：

切割帶襯底的薄膜樣品形成至少一根為預(yù)定體積的長條，長條的寬大于5mm；

通過具有粘結(jié)作用的粘結(jié)劑將長條以薄膜向上、寬邊對齊的方式進(jìn)行疊加，直到疊加的厚度達(dá)到預(yù)定閾值從而形成預(yù)備樣品；

對預(yù)備樣品進(jìn)行樹脂固化；

沿預(yù)備樣品貫層的方向切割經(jīng)過樹脂固化的預(yù)備樣品形成至少一個預(yù)定體積的樣塊，樣塊的寬度小于9mm；

根據(jù)預(yù)備樣品的疊加層數(shù)、樣塊貫層方向的厚度，得到樣塊的介電薄膜體積比；

將樣塊制作成預(yù)定大小的樣條，并烘干樣條形成第一樣品。

其中，當(dāng)測試儀器為波導(dǎo)轉(zhuǎn)換設(shè)備時，波導(dǎo)轉(zhuǎn)換設(shè)備包括波導(dǎo)轉(zhuǎn)換套件、網(wǎng)絡(luò)分析儀PNA、材料測量裝置、CPU，其中，波導(dǎo)轉(zhuǎn)換套件與CPU相連，CPU與PNA及材料測量裝置相連。

其中，調(diào)試測試儀器，包括：

將波導(dǎo)轉(zhuǎn)換套件的第一波導(dǎo)端口連接至PNA的第一接口PORT1；

將波導(dǎo)轉(zhuǎn)換套件的第二波導(dǎo)端口連接至PNA的第二接口PORT2；

按PORT1+SHORT至PORT2+SHORT至PORT1+PORT2至PORT1+1/4LINE+PORT2的順序?qū)Σ▽?dǎo)轉(zhuǎn)換裝置進(jìn)行校準(zhǔn)，得到第一校準(zhǔn) 文件。

其中，當(dāng)測試儀器為波導(dǎo)轉(zhuǎn)換設(shè)備時，將樣品與測試儀器相連，通過測試儀器對樣品進(jìn)行測試，包括：

將第一樣品鑲?cè)氩▽?dǎo)轉(zhuǎn)換設(shè)備的夾具中；

根據(jù)獲取的第一校準(zhǔn)文件及第一樣品的參數(shù)輸出預(yù)定波段內(nèi)第一樣品的介電性能參數(shù)。

此外，當(dāng)測試儀器為無珠同軸空氣線測試設(shè)備時，制作樣品包括：

加工帶襯底的薄膜樣品形成至少一個具有預(yù)定內(nèi)徑及預(yù)定內(nèi)徑的環(huán)形樣件；

通過具有粘結(jié)作用的粘結(jié)劑將樣件以薄膜向上、邊緣對齊的方式進(jìn)行疊加，直到疊加的厚度達(dá)到預(yù)定閾值從而形成備用樣品；

對備用樣品進(jìn)行樹脂固化；

對經(jīng)過樹脂固化的備用樣品進(jìn)行烘干形成第二樣品。

此外，當(dāng)測試儀器為無珠同軸空氣線測試設(shè)備時，無珠同軸空氣線設(shè)備包括無珠同軸空氣線、開短路校準(zhǔn)件、網(wǎng)絡(luò)分析儀PNA、材料測量裝置、CPU，其中無珠同軸空氣線的兩端與PNA相連，CPU分別與開短路校準(zhǔn)件、PNA、材料測量裝置相連。

其中，調(diào)試測試儀器，包括：

將無珠同軸空氣線的第一端口通過穩(wěn)相電纜連接至PNA的第一接口PORT1；

將無珠同軸空氣線的第二端口通過穩(wěn)相電纜連接至PNA的第二接口PORT2；

按PORT1+SHORT至PORT2+SHORT至PORT1+PORT2至PORT1+1/4LINE+PORT2的順序?qū)o珠同軸空氣線測試設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)，得到第二校準(zhǔn)文件。

此外，當(dāng)測試儀器為無珠同軸空氣線測試設(shè)備時，將樣品與測試儀器相連，通過測試儀器對樣品進(jìn)行測試，包括：

將第二樣品鑲?cè)霟o珠同軸空氣線中；

根據(jù)獲取的第二校準(zhǔn)文件及第二樣品的參數(shù)輸出預(yù)定波段內(nèi)第二樣品 的介電性能參數(shù)。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供了一種薄膜材料介電性能的測試系統(tǒng)，包括：

信號產(chǎn)生裝置、網(wǎng)絡(luò)分析儀PNA、材料測量裝置、CPU,其中信號產(chǎn)生裝置的第一端口、第二端口分別與PNA的第一接口PORT1、第二接口PORT2相連，CPU分別與PNA、材料測量裝置連接。

其中，信號產(chǎn)生裝置包括二端口波導(dǎo)轉(zhuǎn)換套件。

此外，該系統(tǒng)中還可以進(jìn)一步包括：

開短路校準(zhǔn)件；基于此系統(tǒng)，信號產(chǎn)生裝置包括無珠同軸空氣線。

其中，無珠同軸空氣線的第一端口、第二端口分別通過穩(wěn)相電纜與PNA的第一接口PORT1、第二接口PORT2相連，CPU分別與PNA、材料測量裝置、開短路校準(zhǔn)件連接。

本發(fā)明通過根據(jù)測試儀器的類型制作對應(yīng)的樣品，并通過測試儀器對樣品測試，在測試過程中無需其他參照樣品，測試過程簡單易行，且測試波段范圍廣泛。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是現(xiàn)有技術(shù)用諧振法對薄膜材料進(jìn)行測試的示意圖；

圖2a及圖2b是現(xiàn)有技術(shù)用傳輸/反射法對薄膜材料進(jìn)行測試的示意圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的薄膜材料介電性能的測試方法的流程圖；

圖4是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的薄膜材料介電性能的測試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是 全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供了一種薄膜材料介電性能的測試方法。

如圖3所示，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的薄膜材料介電性能測試方法，包括：

步驟S301，根據(jù)測試儀器的類型制作樣品，其中，測試儀器至少包括網(wǎng)絡(luò)分析儀PNA、材料測量裝置，樣品厚度已知且襯底無磁性；

步驟S303，調(diào)試測試儀器；

步驟S305，將樣品與測試儀器相連，通過測試儀器對樣品進(jìn)行測試。

通過本發(fā)明的上述方案，能夠在測試過程中無需其他參照樣品，測試過程簡單易行，且測試波段范圍廣泛。

下面將以多個實(shí)施例詳細(xì)介紹本發(fā)明的技術(shù)方案。

實(shí)施例1，當(dāng)本發(fā)明采用波導(dǎo)轉(zhuǎn)換設(shè)備作為測試儀器時，需要制作與其相對應(yīng)的樣品，其中，制作樣品的步驟如下：

切割帶襯底的薄膜樣品形成至少一根為預(yù)定體積的長條，長條的寬大于5mm；

通過具有粘結(jié)作用的粘結(jié)劑將長條以薄膜向上、寬邊對齊的方式進(jìn)行疊加，直到疊加的厚度達(dá)到預(yù)定閾值從而形成預(yù)備樣品；

對預(yù)備樣品進(jìn)行樹脂固化；

沿預(yù)備樣品貫層的方向切割經(jīng)過樹脂固化的預(yù)備樣品形成至少一個預(yù)定體積的樣塊，樣塊的寬度小于9mm；

根據(jù)預(yù)備樣品的疊加層數(shù)、樣塊貫層方向的厚度，得到樣塊的介電薄膜體積比；

將樣塊制作成預(yù)定大小的樣條，并烘干樣條形成第一樣品。

在實(shí)施例1中，當(dāng)測試儀器為波導(dǎo)轉(zhuǎn)換設(shè)備時，波導(dǎo)轉(zhuǎn)換設(shè)備包括波導(dǎo)轉(zhuǎn)換套件、網(wǎng)絡(luò)分析儀PNA、材料測量裝置、CPU，其中，波導(dǎo)轉(zhuǎn)換套件與CPU相連，CPU與PNA及材料測量裝置相連。

在對樣品進(jìn)行測試前還需要對測試設(shè)備進(jìn)行調(diào)試，具體步驟如下：

將波導(dǎo)轉(zhuǎn)換套件的第一波導(dǎo)端口連接至PNA的第一接口PORT1；

將波導(dǎo)轉(zhuǎn)換套件的第二波導(dǎo)端口連接至PNA的第二接口PORT2；

按PORT1+SHORT至PORT2+SHORT至PORT1+PORT2至PORT1+1/4LINE+PORT2的順序?qū)Σ▽?dǎo)轉(zhuǎn)換裝置進(jìn)行校準(zhǔn)，得到第一校準(zhǔn)文件。

當(dāng)上述準(zhǔn)備都完成時，可以通過如下方式對樣品進(jìn)行測試：

將第一樣品鑲?cè)氩▽?dǎo)轉(zhuǎn)換設(shè)備的夾具中；

根據(jù)獲取的第一校準(zhǔn)文件及第一樣品的參數(shù)輸出預(yù)定波段內(nèi)第一樣品的介電性能參數(shù)。

實(shí)施例2，當(dāng)本發(fā)明采用無珠同軸空氣線測試設(shè)備作為測試儀器時，需要制作與其相對應(yīng)的樣品，其中，制作樣品的步驟如下：

加工帶襯底的薄膜樣品形成至少一個具有預(yù)定內(nèi)徑及預(yù)定內(nèi)徑的環(huán)形樣件；

通過具有粘結(jié)作用的粘結(jié)劑將樣件以薄膜向上、邊緣對齊的方式進(jìn)行疊加，直到疊加的厚度達(dá)到預(yù)定閾值從而形成備用樣品；

對備用樣品進(jìn)行樹脂固化；

對經(jīng)過樹脂固化的備用樣品進(jìn)行烘干形成第二樣品。

在實(shí)施例2中，當(dāng)測試儀器為無珠同軸空氣線測試設(shè)備時，無珠同軸空氣線設(shè)備包括無珠同軸空氣線、開短路校準(zhǔn)件、網(wǎng)絡(luò)分析儀PNA、材料測量裝置、CPU，其中無珠同軸空氣線的兩端與PNA相連，CPU分別與開短路校準(zhǔn)件、PNA、材料測量裝置相連。

同樣的，在對樣品進(jìn)行測試前還需要對測試設(shè)備進(jìn)行調(diào)試，具體步驟如下：

將無珠同軸空氣線的第一端口通過穩(wěn)相電纜連接至PNA的第一接口PORT1；

將無珠同軸空氣線的第二端口通過穩(wěn)相電纜連接至PNA的第二接口PORT2；

按PORT1+SHORT至PORT2+SHORT至PORT1+PORT2至PORT1+1/4LINE+PORT2的順序?qū)o珠同軸空氣線測試設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)，得 到第二校準(zhǔn)文件。

當(dāng)上述準(zhǔn)備都完成時，可以通過如下方式對樣品進(jìn)行測試：

將第二樣品鑲?cè)霟o珠同軸空氣線中；

根據(jù)獲取的第二校準(zhǔn)文件及第二樣品的參數(shù)輸出預(yù)定波段內(nèi)第二樣品的介電性能參數(shù)。

實(shí)施例3，本發(fā)明采用波導(dǎo)轉(zhuǎn)換套件(波導(dǎo)口尺寸精度0.01mm)，N5227A型網(wǎng)絡(luò)分析儀(PNA)及85071E材料測量軟件。這里以X波段(8.2-12.4GHz)為例說明，波導(dǎo)口內(nèi)截面尺寸(22.86mm×10.16mm)，在其他微波波段均可以按照此方法制作樣品并測試。本發(fā)明的測試方法將以多個步驟進(jìn)行分解闡述。

1樣品制備

待測介電薄膜(薄膜厚度a已知，且襯底無磁性)，選取合適大小的試樣，將帶襯底薄膜切割成長22.9mm寬＞5mm的樣條若干(根據(jù)待測樣板總厚度決定所裁減樣條的數(shù)量)。

選用易產(chǎn)生粘結(jié)作用常溫固化樹脂作粘結(jié)劑，將上述樣以薄膜朝上、寬邊對齊的方法疊加，層與層之間用粘結(jié)劑粘結(jié)，總厚度大于10.16mm即可，記下所疊層數(shù)n。

將上述樣品進(jìn)行樹脂固化鑲樣備用。

切割：將上述樣品沿貫層方向切割為寬邊22.9mm，厚度＜9mm的樣塊備用。測量貫層方向上樣品的厚度N，計算介電薄膜體積比β。

磨削：利用研磨拋光機(jī)將上述樣品磨削至尺寸為22.86mm×10.16mm長方體樣條；

將樣條放至干燥箱進(jìn)行充分干燥(110℃，5h)。

2樣品測試

2.1設(shè)備連接及校準(zhǔn)：將兩個波導(dǎo)端口分別連接至PNA的PORT1及PORT2接口，打開85071E材料測量軟件，設(shè)定起始頻率、選擇測試模型(此處選Ref/Tran u&e)，直波導(dǎo)Sample Holder尺寸，然后打開PNA選擇SmartCal(Guided calibration)、2-port校準(zhǔn),分別按照 PORT1+SHORT,PORT2+SHOR，PORT1+PORT2，PORT1+1/4LINE+PORT2的順序進(jìn)行校準(zhǔn)，保存校準(zhǔn)文件Calkit待用。

2.2樣品安裝：測量樣品厚度h并記錄數(shù)據(jù)，將試樣鑲?cè)?/4直波導(dǎo)中。若因尺寸問題鑲?cè)肜щy可將樣品適當(dāng)冷卻后再進(jìn)行安裝，但測量時需等待溫度回到正常(常溫或室溫)。

2.3測試：按照PORT1+1/4LINE+PORT2的方式連接好設(shè)備后，載入2.1中獲得的校準(zhǔn)文件Calkit，輸入樣品厚度h，開始測試，得到在X波段內(nèi)的測試結(jié)果相對介電參數(shù)及介電損耗。

利用上述方法在其它微波頻段內(nèi)皆可按照此步驟來利用不同尺寸的二端口波導(dǎo)系統(tǒng)進(jìn)行測試。

實(shí)施例4，本發(fā)明采用7mm無珠同軸空氣線(內(nèi)徑3.04mm,外徑7mm)及開短路校準(zhǔn)件(S2630)，N5227A型網(wǎng)絡(luò)分析儀(PNA)及85071E材料測量軟件進(jìn)行測試，在其他微波波段均可以按照此方法制作樣品并測試。本發(fā)明的測試方法將以多個步驟進(jìn)行分解闡述。

1樣品制備

1.1待測介電薄膜(薄膜厚度a已知，且襯底無磁性)，選取合適大小的試樣，將帶襯底薄膜機(jī)加成內(nèi)徑3.04mm外徑7mm的環(huán)形樣件若干(根據(jù)待測樣板總厚度決定所裁減樣件的數(shù)量)。

1.2選用易產(chǎn)生粘結(jié)作用常溫固化樹脂作粘結(jié)劑，將上述樣件以薄膜朝上、邊緣對齊的方法疊加，層與層之間用粘結(jié)劑粘結(jié)，總厚度大于1.5mm即可，記下所疊層數(shù)n。

1.3將上述樣品進(jìn)行樹脂固化鑲樣備用。

1.4將樣條放至干燥箱進(jìn)行充分干燥(110℃，5h)。

2樣品測試

2.1設(shè)備連接及校準(zhǔn)：將7mm同軸空氣線的兩個端口分別用穩(wěn)相電纜連接至PNA的PORT1及PORT2接口，打開85071E材料測量軟件，設(shè)定起始頻率、選擇測試模型(此處選Ref/Tran u&e)，Sample Holder尺寸，然后打開PNA選擇SmartCal(Guided calibration)、2-port校準(zhǔn),分別按照 PORT1+SHORT,PORT2+SHORT，PORT1+PORT2，PORT1+1/4LINE+PORT2的順序進(jìn)行校準(zhǔn)，保存校準(zhǔn)文件Calkit待用。

2.2樣品安裝：測量樣品厚度h并記錄數(shù)據(jù)，將環(huán)形樣品嵌入7mm同軸空氣線中。若因尺寸問題鑲?cè)肜щy可將樣品適當(dāng)冷卻后再進(jìn)行安裝，但測量時需等待溫度回到正常(常溫或室溫)。

2.3測試：按照PORT1+Coaxial airline+PORT2的方式連接好設(shè)備后，載入2.1中獲得的校準(zhǔn)文件Calkit，輸入樣品厚度h，開始測試，得到在X波段內(nèi)的測試結(jié)果相對介電參數(shù)及介電損耗。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例還提供了一種薄膜材料介電性能的測試系統(tǒng)，圖4為該系統(tǒng)的示意圖，該系統(tǒng)包括：

信號產(chǎn)生裝置、網(wǎng)絡(luò)分析儀PNA、材料測量裝置、CPU,其中信號產(chǎn)生裝置的第一端口、第二端口分別與PNA的第一接口PORT1、第二接口PORT2相連，CPU分別與PNA、材料測量裝置連接。

其中，信號產(chǎn)生裝置可以為二端口波導(dǎo)轉(zhuǎn)換套件。

另外，信號產(chǎn)生裝置還可以為無珠同軸空氣線。

此刻，該系統(tǒng)中還可以進(jìn)一步包括：

開短路校準(zhǔn)件。

其中，無珠同軸空氣線的第一端口、第二端口分別通過穩(wěn)相電纜與PNA的第一接口PORT1、第二接口PORT2相連，CPU分別與PNA、材料測量裝置、開短路校準(zhǔn)件連接。

綜上所述，借助于本發(fā)明的上述技術(shù)方案，本發(fā)明通過根據(jù)測試儀器的類型制作對應(yīng)的樣品，并通過測試儀器對樣品測試，在測試過程中無需其他參照樣品，測試過程簡單易行，且測試波段范圍廣泛。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。