谐振器、印刷电路板及测量复介电常数的方法

专利名称：谐振器、印刷电路板及测量复介电常数的方法
技术领域：
本发明涉及用于测量电介质的复介电常数与该介电常数的频率特 性的谐振器、上面安装有该谐振器的印刷电路板以及用于使用该谐振 器来测量复介电常数的方法。
背景技术：
构成印刷电路板的材料的复介电常数及该介电常数的频率相关性 与通过该印刷电路板内形成的传输路径传播的信号的延迟和衰减相 关，并且也用于高速传输路径的设计中所需的电路模拟。因此，构成 印刷电路板的材料的复介电常数的高精度测量对于在设计中提高电路 模拟的精度和改善设计精度是非常重要的。
传统上，例如，通过将带状导体夹在层状板之间形成带状线谐振 器，来确定构成印刷电路板的材料的复介电常数和这些介电常数的频 率特性，其中层状板包括待测量的材料，例如电介质材料等，其形成
印刷电路板的绝缘层(例如，参见专利文献1或专利文献2)，并通过 测量S参数的频率特性来获得谐振的Q值。替代地，还有一种方法， 其中，将待测材料切下、安装在特殊工具中并进行测量(例如，参见 专利文献3至8)。
此外，还提出了一种方法，其中构造可用来测量印刷电路板内的 复介电常数的高频电路结构(例如，参见专利文献9至13)。图9是 示出在专利文献10中所述的高频电路的构造的示意性截面图。如图9 所示，在专利文献10所述的高频电路100中，多个导体层介由绝缘层 进行层叠，并且在表面上形成电路图案121，在电路图案121中附着有 各种部件。
此外，包含诸如匹配线、扼流线等无源电路的内部电极122形成 在电路图案121之下并在它们之间介有绝缘层111，并且构成高频电路
的带状线谐振器的接地电极123形成在此之下并在它们之间介有绝缘 层112。此外，带状线谐振器的中央导体124形成在接地电极123之下 并在它们之间介有绝缘层113，并且带状线谐振器的接地电极125形成 在中央导体124之下并在它们之间介有绝缘层114。此外，绝缘层115 形成为最低层，形成侧面电极126以覆盖该层状组件的侧面。此外， 在各绝缘层的内部部分中形成通孔，在这些通孔的内表面形成导体层， 从而适当地连接电路图案121和中央导体124。
在该高频电路100中，接地电极123的图案形成为具有这样的形 状，即，没有电极形成在与中央导体124的形状对应的区域中，由此 降低接地电极123和中央导体124之间的电容，并改善带状线谐振器 的Q值。
专利文献l:日本特开实用新型申请No. 6-74974 专利文献2:日本特开实用新型申请No. 6-77312 专利文献3:日本特开专利申请No. 6-331670 专利文献4:日本专利公开No. 8-20481 专利文献5:日本特开专利申请No. 7-1401S6 专利文献6:日本特开专利申请No. 8-220160 专利文献7:日本特开专利申请No. 2003-331220 专利文献8:日本特开专利申请No. 2004-45262 专利文献9:日本特开专利申请No. 10-51235 专利文献10:日本特开专利申请No. 10-51236 专利文献11:日本特开专利申请No. 2000-183233 专利文献12:日本特开专利申请No. 2003-168761 专利文献13:日本特开专利申请No. 2003-309403 发明内容本发明要解决的问题然而，在上述现有技术中遇到了以下问题。在实际的印刷电路板 中，尤其是在具有多层结构的印刷电路板中，在制造过程中层叠多种 材料，例如板、半固化片、层状材料等，并在层叠这些材料之后执行 热处理和/或压制处理。结果，印刷电路板的有效复介电常数取决于层 结构和制造过程，并且即使测量从板切下的样品或在层叠之后从特定 位置切下的样品，这也不能总是反映作为整体的印刷电路板的参数。 因此，在从印刷电路板的一部分切下样品以及使用特定工具来测量复 介电常数的情况中，如在专利文献1到8所述的测量方法一样，作为 整体的印刷电路板的有效复介电常数不能以良好的精度进行测量。另一方面，如果使用安装在印刷电路板内部的谐振器来测量复介 电常数，则能够测量作为整体的印刷电路板的复介电常数。然而，产 生了以下问题例如，如图9所示的，在专利文献9至13中所述的谐振器具有由侧面电极126包围的独立结构。因此，难以将其他部件作为测试图案嵌入到印刷电路板的内部中。此外，由于谐振器没有被激励，难以在从几吉赫兹到约20GHz的高频范围中以高精度测量复介电 常数。鉴于上述问题而设计了本发明。本发明的目的是提供一种谐振器， 其能够在从几吉赫兹延伸到约20GHz的频率范围中以高精度测量复介 电常数和该介电常数的频率依赖性，并且其显示即使当安装在板上时 也没有与其他部件的电干扰，还提供一种印刷电路板和用于测量复介电常数的方法。解决上述问题的手段本发明第一方面的谐振器是用于测量复介电常数的谐振器，其测 量电介质层的复介电常数，并且其特征在于包括第一和第二导体层，它们彼此平行地设置，以将电介质层夹在其
间；第一和第二开口部分，它们彼此面对并分别形成在第一和第二导 体层中；多个第一通路，其设置在第一和第二开口部分周围，其间留有间 隙，并且其将第一和第二导体层彼此连接；和第二通路，其在第一和第二开口部分中，并且在匹配这些开口部 分的电介质层的区域中，而不与第一和第二导体层接触。在本发明的该方面中，由第一通路与第一和第二导体层形成平行 的平板谐振器，并且可通过向用于激励的第二通路施加高频电功率来 激励该谐振器，所述第二通路以不与第一和第二导体层接触的方式形成。因此，当测量复介电常数时，不需要使用特定工具；此外，由于 如同常规的谐振器中一样不需要侧面电极，因此可利用印刷电路板的 一些区域并将其作为实际设备的附连试验板装入。此外，在该谐振器 中，由于通过多个第一通路形成侧壁，因此即使谐振器安装在电路板 中，也没有与其他部分的电干扰。因此，能够以高精度测量期望测量 的实际印刷电路板的有效复介电常数。结果，能够以高精度测量印刷 电路板的设计所需的参数，并能够显著提高设计精度。此外，该谐振器可具有一个或多个与第一和第二导体层平行设置 的导体层，以将电介质层夹在第一和第二导体层之间，其具有形成在 匹配第一和第二开口部分的位置中的开口部分，并且其连接到第一通 路。由此，本发明能够被应用到具有多层结构的印刷电路板，其中三 个或更多个导体层被层叠在电介质层的两侧，以便能够形成多个谐振 器。此外，如平面图中所见，由第一通路包围的区域可以为矩形形状。 结果，例如，在测量频率范围最高为20GHz的情况中，在一侧上尺寸 可以减少到约为20mm。在测量频率范围超过20GHz的情况中，尺寸 可以进一步减小。此外，在该情况中，矩形区域的一侧的长度可设为(入/V^)，其中入为复介电常数的测量波长。结果，在第二通路与第 一和第二导体层之间的功率损耗中产生1或更大的谐振峰值。此外，相邻第一通路之间的距离可设为(A/20)或更小，其中入 为复介电常数的测量波长。结果，在相邻第一通路之间出现的功率泄 漏可被最小化。本发明的第二方面的印刷电路板是这样一种印刷电路板，其中， 多个导体层利用电介质层进行绝缘，其中该印刷电路板具有上面所述 的谐振器。在本发明的该方面中，由多个第一通路与第一和第二导体层形成 平板谐振器，并且通过向用第一和第二开口部分与第二通路施加高频 功率来激励该谐振器，所述第二通路不与第一和第二导体层接触，在 第一和第二开口部分中以及匹配这些开口部分的电介质层的区域中形 成。因此，即使不使用特定工具，也能以高精度测量电介质层的复介 电常数。此外，由于该谐振器由多个第一通路包围，因此与安装在电 路板中的其他部件没有电干扰。根据本发明第三方面的用于测量复介电常数的方法是一种用于测 量电介质层的复介电常数的方法。所述用于测量电介质层的复介电常 数的方法包括以下步骤将高频电功率施加到谐振器的第二通路，所述谐振器具有第一 和第二导体层，它们彼此平行地设置，以将所述电介质层夹在其间； 第一和第二开口部分，它们彼此面对并分别形成在所述第一和第二导 体层中；多个第一通路，其设置在所述第一和第二开口部分周围，其 间留有间隙，并且其将所述第一和第二导体层彼此连接；以及第二通路，其在所述第一和第二开口部分中，并且在匹配这些开口部分的所 述电介质层的区域中，而不与所述第一和第二导体层接触；和通过S参数法测量所述第二通路与所述第一和第二导体层之间的 功率损耗。在本发明的该方面中，高频电功率直接被施加到用于激励的第二 通路，并且因此电场与磁场垂直的纯TEM (横向电磁模式)波能够被 输入到谐振器。因此，能够以高精度测量复介电常数。在该复介电常数测量方法中，例如，将第一端部连接到网络分析 器的一对同轴电缆的第二端部上的外部导体分别连接到第一和第二导 体层，将该对同轴电缆的第二端部的中央导体分别从第二通路的端部 插入并连接到第二通路。以这种方式，能够通过网络分析器来测量Sn和s21。该谐振器还可具有一个或多个导体层，这些导体层被设置在第一 和第二导体层之间，并且被定向为平行于第一和第二导体层，以将电 介质层夹在中间，该电介质层具有形成在匹配第一和第二开口部分的 位置中的开口部分，并且其连接到第一通路。此外，如平面图中可见，谐振器的由第一通路包围的区域可具有 矩形形状。在该情况中，矩形区域的一侧的长度可设为(人/VI)或更 大，其中，A为复介电常数的测量波长。此外，谐振器的相邻第一通路之间的距离可设为(入/20)或更小，其中入为复介电常数的测量波长。另外，谐振器可形成在印刷电路板 中，并可测量该印刷电路板的复介电常数。在本发明中，由于第二通路以不与第一和第二导体层接触的方式 形成，因此能够通过向这些第二通路施加高频功率来激励由第一通路 与第一和第二导体层构成的谐振器。此外，由于多个第一通路被设置 在周围区域中，能够防止与其他部分的电干扰，从而能够将谐振器装入到印刷电路板中，并且在从几吉赫兹延伸到20GHz的频率范围中， 能够以高精度测量该印刷电路板的有效复介电常数和该复介电常数的 频率。


图1 (a)是示出本实施例的谐振器的平面图，图1 (b)是沿图1 (a)中A-A线的截面图；图2 (a)是示出使用本实施例的谐振器来测量印刷电路板的复介 电常数的方法的截面透视图，以及图2 (b)是沿图2 (a)中B-B线的 截面图；图3是示出功率损耗的频率依赖性的图，频率绘制在横轴上，功 率值绘制在纵轴上；图4是示出一个谐振峰值的图，频率绘制在横轴上，以及功率值 绘制在纵轴上；图5是示出当通孔通路1的间隙L^变化时出现第一谐振峰值处的 频率fo的变化的图，频率绘制在横轴上，功率值绘制在纵轴上； 图6是示出构成本发明的实施例2的谐振器的平面图； 图7是示出构成本发明的实施例2的变体的谐振器的平面图； 图8是示出构成本发明的实施例3的谐振器的平面图； 图9是示出在专利文献10中所述的高频电路的构造的示意性截面图。图例1、 2、 42、 52、 61、 62:通孔通路la、 2a:通孑Llb、 2b、 11至15:导体层21至24、 111至115:绝缘层31a、 31b:同轴电缆32a、 32b、 124:中央导体33a、 33b:绝缘体34a、 34b:外部导体
100:高频电路 121:电路图案 122:内部电极123、 125:接地电极 116:侧面电极具体实施方式
将参考附图来详细地描述本发明的实施例。首先，将描述构成本 发明的实施例1的谐振器。本实施例的谐振器形成在具有多层结构的 印刷电路板中，其中形成五个导体层并在这些导体层之间介有绝缘层，每一绝缘层由电介质构成。图1 (a)是示出本实施例的谐振器的平面 图，图1 (b)是沿图1 (a)中A-A线的截面图。如图1 (a)和1 (b) 所示，从平面图中可见，本实施例的谐振器具有矩形形状，并且形成 有多个通孔通路1，通孔通路1贯穿印刷电路板，并且其中在直径为 dy的通孔la的内表面上形成导体层lb，在该谐振器的外围部分中在这 些通孔通路之间留有固定间隙I^。这些通孔通路1被连接到所有导体 层11至15。此外，直径为dde的开口部分形成在由导体层11至15中的通孔通路1包围的区域的中央部分中，贯穿印刷电路板的直径为dr。d的通孔 2a形成在这些开口部分的中央部分中。形成导体层2b，以便覆盖这些 通孔2a的内表面和两个端部的圆周；用于激励谐振器的通孔通路2由 通孔2a和导体层2b形成。在这些通孔通路2中，在通孔2a的两个端 部的圆周周围形成的导体层2b，即在导体层11和导体层15的开口部 分内形成的导体层2b，其直径为dpad，并且在印刷电路板的前表面和 后表面上的导体层(导体层11和15)和通孔通路2之间的距离为 (dcle-dpad)。同时，在印刷电路板的内部，在导体层(导体层12至14) 和通孔通路2之间的距离为(dele-dr。d)。此外，导体层11至15通过绝缘层21至24彼此绝缘，绝缘层21 至24中每一层由电介质构成；结果，各自的(长、宽、高)值为(a、 b、 Cl) 、 (a、 b、 c2) 、 (a、 b、 c3)和(a、 b、 c4)的四个谐振腔在 印刷电路板的厚度方向中形成，其中a是由通孔通路1包围的区域的横 向长度，b是该区域的纵向长度，Cl、 c2、 C3和C4是绝缘层21至24各 自的厚度。此外，通孔la的直径c^和通孔2a的直径每个表示钻孔直 径。接下来，将描述本实施例的谐振器的操作，即，使用本发明的谐 振器的复介电常数测量方法。图2 (a)是示出用来使用本实施例的谐 振器来测量印刷电路板的复介电常数的方法的截面透视图，图2 (b)' 是沿图2 (a)中B-B线的截面图。如图2 (a)和2 (b)所示，当要测 量印刷电路板的复介电常数时，首先准备两个同轴电缆31a和31b，其 中，中央导体从一个端部突出。然后，将同轴电缆31a的中央导体32a 插入到通孔通路2的一个端部中，并将在该中央导体32a的外部上经由 绝缘体33a而形成的外部导体34a的端部压配合在导体层11中；此外， 将同轴电缆31b的中央导体32b插入到通孔通路2的另一个端部中， 并将在该中央导体32b的外部上经由绝缘体33b而形成的外部导体34b 的端部按压配合在导体层15中。结果，同轴电缆31a和31b的中央导 体32a和32b被电连接到通孔通路2的导体层2a，并且外部导体34a 和34b分别被电连接到导体层11和15。在这种情况中，期望使用半刚 性类型的同轴电缆，这种电缆在外部导体34a和34b中具有刚性，并且 其不易弯曲，如同轴电缆31a和31b。接下来，将同轴电缆32a和32b的另一端部分别地连接到网络分 析器的端口 1和端口 2，并通过S参数法测量通孔通路2与导体层11 和15之间的功率损耗，也就是电介质层21至24中的功率损耗。然后， 基于获得的结果，通过下面所述的方法，来确定形成印刷电路板的绝 缘层21至24的电介质材料的复介电常数，以及该介电常数的频率依 赖性。在本实施例的谐振器中，用于激励的通孔通路2与同轴电缆32a 和32b直接连接，并且从网络分析器的端口 1输出并输入到端口 2的 高频功率线性地通过谐振器；因此，其中电场和磁场彼此正交的纯TEM 波可被输入到谐振器。结果，能够以高精度确定Q值。下面，将描述根据通过上述方法测量的功率损耗来确定绝缘层21 至24的复介电常数和该复介电常数的频率特性的方法，作为使用如下 这样的印刷电路板的例子，在该印刷电路板中，由玻璃环氧树脂FR4 材料形成绝缘层21至24，并且形成在平面图中可见为矩形的谐振器。 在该印刷电路板中形成的谐振器的尺寸如下横向长度a为20mm，纵 向长度b为20mm，通孔通路1的间隙L^为0.6mm，通孔la的直径 dgr为0.3mm，导体层11和15中的开口部分的直径dde为1.65mm，在 通孔2a的两个端部周围形成的导体层2b的直径dpad为0.95mm，通孔 2a的直径dw为0.65mm，绝缘层21至24的各自厚度为Cl=0.3mm、 c2=1.25mm、 c3=0.3mm、 C4=0.3mm。图3是示出功率损耗的频率依赖性的图，频率绘制在横轴上，功 率值绘制在纵轴上。此外，图3中所示的功率值为在没有损耗的情况 中归一化为1.0的2值；，体而言，这是使用通过网络分析器测量的Su 和S^由(L() —l1^12—l&'l2)确定的值。如图3所示，在该印刷电路板中，峰值出现在频率fo、 f,、 f2和f3处的功率损耗中，并且谐振发生在该相应的频率处。这里，在谐振器的高度(绝缘层21至24的厚度d至C》 与波长相比足够小的情况中，谐振频率fm,n (m和n为整数)由下式l 表示。此外，在下式1中，C为光速，^为比介电常数。[式1〗<formula>formula see original document page 14</formula>在本实施例的该谐振器中，将一侧的长度设定为波长入(=c/(fx^))的至少(1/^);因此，上式1中的m和n总是为1或更大， 并且出现一个或多个谐振峰值。因此，尽管谐振器很紧凑，其占据20mm 长乘20mm宽的极小面积，但在0到20GHz的频率范围内能够获得四 个或更多的谐振峰值。此外，图3中所示的第一峰值的频率fQ (=5.2GHz)是上式中的 (m,n)为(l，l)的情况。当利用fffm，n来确定比介电常数e f时，获得4.16的值。此外，第二峰值的频率& ( = 12GHz)是其中(m，n)为 (1,3)的情况；这里，比介电常数Er为4.04。类似地，第三峰值的频率f2对应(m，n) = (3,3)，第四峰值的频率6对应(m，n) = (2,5)，并且可根据上式1来确定每个比介电常数e ^这些比介电常数e r由下式2表不。[式2〗<formula>formula see original document page 15</formula>式2中的^为复介电常数^"'-z'O的实部，f。是真空介电常数。 因此，可通过确定印刷电路板的比介电常数、来确定复介电常数的实接下来，确定复介电常数s的虚部〃'。图4是示出一个谐振峰值 的图，频率绘制在横轴上，功率值绘制在纵轴上。此外，图4中所示的f为功率取最大值P处的频率，Q和fM为功率取最大值P的(1/^ )的值处的频率。复介电常数e的虚部s"与谐振的Q值或为Q值的倒数 的D值相关；通过下式3来确定图4中所示的谐振峰值的Q值。[式3]<formula>formula see original document page 15</formula> / /通过上式3确定的Q值包括谐振器的电介质的功率损耗(介电损 耗)和导体的功率损耗(导电损耗)，并由下式4来表示。此外，下式4中的Qd是源自介电损耗的值，Qe是源自导电损耗的值。 丄一丄丄因此，当不存在电介质时，Q=QC，并且存在取决于谐振器的形状 的解析方程式。例如，在谐振器具有如平面图中所示的矩形形状的情 况中，Qe由下式5给出。[式5] ,这里，在式5中，a为谐振器的横向长度，b为纵向长度，c为高 度(电介质层21至24的厚度d至C4)。此外，"。为120冗，^为由谐振器的导体层的材料和测量频率f确定的表面电阻值。在该情况中，由 于导体层11至15是铜，表面电阻Rs由下式6表示。[式6]& =2.61xl0-7 x^/7此外，通过S参数的测量来获得图4中所示的谐振峰值。可借助 该谐振峰值的各个值和上面的式3到式6来确定源于介电功率损耗的 Qd。该Qd值与介电正切tan5和复介电常数e的虚部^之间的关系由 下式7来表示。[式7] " 丄=tan <5" = i因此，可通过确定电介质的介电正切tanS来确定复介电常数e的 虚部e"。例如，在图3所示的频率f。 (=5.2GHz)处的谐振峰值的情
况中，如果通过上式3来确定Q值的倒数，则获得D-l/Q-0.028的值。 此外，如果对于设置在印刷电路板中的四个谐振器中的每一个使用上 式5来确定源自导电损耗的Qe值，则获得Qel=648、 Qc2=2472、 Qe3=648 和Qe4=648的值。在印刷电路板中存在多个谐振器的情况中，整体Q 值的倒数由各谐振器的Q值的倒数之和表示。因此，作为整体的印刷 电路板的Qc值的倒数(1/Qc)由下式8来确定。[式8]<formula>formula see original document page 17</formula>此外，当使用式8和4来确定源自介电损耗的Q d值的倒数(1 / Q d ) 时，获得值0.023。具体而言，玻璃环氧树脂FR材料的有效介电正切 tan S在5.2GHz处为0.023。此外，对于图3中所示的其他谐振峰值， 可通过类似的方法来确定介电正切tan S 。图5是示出当通孔通路1的间隙I^变化时出现第一谐振峰值处的 频率f。的变化的图，频率绘制在横轴上，功率值绘制在纵轴上。如图5 所示，当围绕谐振器的周边设置的通孔通路1的间隙I^变化时，不仅 谐振频率f移动，而且谐振器的Q值也变化。具体而言，对于0.6mm 的间隙Lp， Q值的倒数D值是0.028，对于0.9mm的间隙Lgr， D值是 0.028，对于1.2 mm的间隙Lgr， D值是0.031，对于2.4mm的间隙Lgr， D值是0.041。其原因是，在相邻的通孔通路1之间发生功率泄漏。然 而，当通孔通路1的间隙Lg"j、于特定值时，变化量极小并可忽略。因 此，期望的是将通孔通路1的间隙Lp设定为足够小的值，从而能够忽 略功率泄漏，目卩，期望该间隙设定为测量波长入(-c/(fxV ))的至 少(1/20)。在本实施例的谐振器中，如上所述，通过导体层11至15和设置 在外围部分中的多个通孔通路1形成平行的平板谐振器。因此，在同 轴电缆31a和31b与设置在由多个通孔通路l包围的区域中用于激励的
通孔通路2之间具有直接连接，可通过借助网络分析器测量S参数来 确定谐振的Q值，并可根据该Q值确定构成作为整体的印刷电路板的 电介质的复介电常数。该谐振器利用多层印刷电路板的区域的一部分， 并可作为实际设备的附连试验板装入到电路板中。因此，不需要用于 测量复介电常数的特定工具；此外，能够以高精度测量实际设备的印 刷电路板的复介电常数。此外，在如平面图中可见的谐振器的形状为矩形的情况中，当在最高20GHz的频率范围内执行测量时，在一侧上 的约20mm的尺寸是足够的，并且谐振器极其紧凑。此外，在测量频 率超过20GHz的情况中，能够使谐振器更加紧凑。接下来，将描述构成本发明的实施例2的谐振器。在上面所述的 实施例1的谐振器中，用于激励的通孔通路2被设置在由多个通孔通 路1包围的区域的中央部分中。然而，本发明不限于此。这些通孔通 路2可形成在中央部分之外的区域中。图6是示出本实施例的谐振器 的平面图。此外，在图6中，与图1所示的实施例1的谐振器的构成 元件相同的元件用相同的符号标记，并省略了这些元件的详细说明。 在本实施例的谐振器中，如图6所示，用于激励的通孔通路42形成在 从由通孔通路1包围的区域的中心偏移(b/4)的位置。在本实施例的谐振器中，更高阶的谐振模式是容易激励的，并且 获得比图1所示的实施例1的谐振器更多的谐振峰值。具体而言，在 最高20GHz的频率区域中，在实施例1的谐振器中产生图3中所示的 四个谐振峰值。然而，在本实施例的谐振器中，产生六个谐振峰值。 结果，本实施例的谐振器能够获得比实施例1的谐振器更多的点，用 于确定复介电常数的频率依赖性。此外，在本实施例的谐振器中，上 述以外的构造和效果与实施例1的谐振器相同。此外，使用本实施例 的谐振器的用于测量复介电常数的操作也就是方法，也与在实施例1 的谐振器中所用的相同。接下来，将描述构成本发明的实施例2的变型的谐振器。图7是 示出该变型的谐振器的平面图。此外，在图7中，与图1所示的实施 例1的谐振器的构成元件相同的元件用相同的符号标记，并省略了这 些元件的详细说明。在图6所示的实施例2的谐振器中，用于激励的 通孔通路42仅在纵向上从由通孔通路1包围的区域的中心偏移；然而， 在本变型的谐振器中，如图7所示，这些通路在纵向和横向都偏移。具体地，用于激励的通孔通路52形成在从由通孔通路1包围的区域的 中心在纵向偏移(b/4)并在横向偏移(a/4)的位置。在本变型的谐振器中，由于用于激励的通孔通路52形成在从由通 孔通路1包围的区域的中心在纵向和横向都偏移的位置，因此与这些 位置仅在一个方向(即，纵向或横向)上偏移的情况相比，更高阶的 谐振模式是更容易激励的。具体而言，在最高20GHz的频率范围中获 得七个谐振峰值。结果，与实施例1和2的谐振器相比，能够获得更 多的点，用于确定复介电常数的频率依赖性。此外，在本变型的谐振 器中，上述以外的构造和效果与实施例2的谐振器相同。此外，使用 本实施例的谐振器的用于测量复介电常数的操作也就是方法，也与在 实施例2的谐振器中所用的相同。接下来，将描述构成本发明的实施例3的谐振器。在实施例1和 2以及实施例2的变型的谐振器中，如从平面图中可见，谐振器的形状 为矩形。然而，本发明不限于此。多边形、圆形或椭圆形也可以使用。 图8是示出本实施例的谐振器的平面图。此外，在图8中，与图1所 示的实施例1的谐振器的构成元件相同的元件用相同的符号标记，并 省略了这些元件的详细说明。在本实施例的谐振器中，如图8所示， 谐振器的形状为圆形，并且多个通孔通路61被围绕周边形成。此外， 如平面图中可见，用于激励的通孔通路62形成在圆形区域的中央部分 中，其由多个通孔通路61包围。同样，在本实施例的谐振器中，以与在平面图中看到具有矩形形 状的谐振器相同的方式产生多个谐振。此外，能够通过包括贝塞尔函 数的根的简单公式来表示谐振频率，并且能够通过与实施例1的谐振 器相同的方法来测量复介电常数。此外，在本实施例的谐振器中，上 述以外的构造和效果与实施例1的谐振器相同。工业实用性本发明有利地提供一种谐振器，其用于测量电介质的复介电常数 和该复介电常数的频率特性，本发明还提供一种配备有该谐振器的印 刷电路板，以及一种使用该谐振器来测量复介电常数的方法。
权利要求
1. 一种用于测量复介电常数的谐振器，其测量电介质层的复介电 常数，所述用于测量复介电常数的谐振器包括第一和第二导体层，它们彼此平行地设置，以将所述电介质层夹 在其间；第一和第二开口部分，它们彼此面对并分别形成在所述第一和第 二导体层中；多个第一通路，其设置在所述第一和第二开口部分周围，其间留 有间隙，并且所述通路将所述第一和第二导体层彼此连接；和第二通路，在所述第一和第二开口部分中以及在与这些开口部分 相匹配的所述电介质层的区域中，不与所述第一和第二导体层接触地 形成。
2. 根据权利要求l所述的用于测量复介电常数的谐振器，还包括 一个或多个在所述第一和第二导体层之间彼此平行设置的导体层，以 将所述电介质层夹在其间，所述导体层具有形成在匹配所述第一和第 二开口部分的位置中的开口部分，并且连接到所述第一通路。
3. 根据权利要求1或2所述的用于测量复介电常数的谐振器，其 中，在平面图中观察，由所述第一通路包围的区域具有矩形形状。
4. 根据权利要求3所述的用于测量复介电常数的谐振器，其中， 所述矩形区域的一侧的长度为(A/V^)或更大，其中，人为所述复介 电常数的测量波长。
5. 根据权利要求1至4中任一项所述的用于测量复介电常数的谐 振器，其中，相邻第一通路之间的距离为(A/20)或更小，其中，入为所述复介电常数的测量波长。
6. —种印刷电路板，其中多个导体层利用电介质层彼此绝缘，所 述印刷电路板包括根据权利要求1至5中任一项的谐振器。
7. —种用于测量电介质层的复介电常数的方法，所述用于测量复 介电常数的方法包括以下步骤-将高频电功率施加到谐振器的第二通路，所述谐振器具有彼此 平行地设置的第一和第二导体层，以将所述电介质层夹在其间；第一 和第二开口部分，它们彼此面对并分别形成在所述第一和第二导体层 中；多个第一通路，其设置在所述第一和第二开口部分周围，其间留 有间隙，并且其将所述第一和第二导体层彼此连接；和第二通路，在 所述第一和第二开口部分中以及在匹配这些开口部分的所述电介质层 的区域中，不与所述第一和第二导体层接触地形成；和通过S参数法，测量所述第二通路与所述第一和第二导体层之间 的功率损耗。
8. 根据权利要求7所述的用于测量复介电常数的方法，其中，通 过如下过程完成功率损耗的测量将第一端部连接到网络分析器的一 对同轴电缆的第二端部上的外部导体分别被连接到所述第一和第二导 体层，将该对同轴电缆的第二端部的中央导体分别从所述第二通路的 两个端部插入并连接到所述第二通路，并通过所述网络分析器来测量 Sii禾口 S21 。
9. 根据权利要求7或8所述的用于测量复介电常数的方法，其中， 所述谐振器还具有一个或多个设置为平行于所述第一和第二导体层的 导体层，以将所述电介质层夹在所述第一和第二导体层之间，所述导 体层具有形成在匹配所述第一和第二开口部分的位置中的开口部分， 并且被连接到所述第一通路。
10. 根据权利要求7至9中任一项所述的用于测量复介电常数的 方法，其中，从平面图中观察，所述谐振器的所述第一通路包围的区域具有矩形形状。
11. 根据权利要求io所述的用于测量复介电常数的方法，其中，所述矩形区域的一侧的长度为(入/^)或更大，其中，入为所述复介 电常数的测量波长。
12. 根据权利要求7至11中任一项所述的用于测量复介电常数的 方法，其中，所述谐振器的相邻的第一通路之间的距离为(A/20)或 更小，其中，人为所述复介电常数的测量波长。
13. 根据权利要求7至12中任一项所述的用于测量复介电常数的 方法，其中，所述谐振器形成在印刷电路板内部，并用于测量所述印 刷电路板的复介电常数。
全文摘要
在彼此平行布置有导体层以将电介质层夹在其间的印刷电路板中，在设置在导体层中的开口部分周围设置有连接到导体层的多个通孔通路，这些通路间留有间隙。此外，用于激励的通孔通路以不与导体层接触的方式设置在导体层的开口部分中和匹配这些开口部分的电介质层的区域中。当测量复介电常数时，将高频功率施加到通孔通路，并且通过S参数法测量通孔通路和导体层之间的功率损耗。结果，在从几吉赫兹到20GHz的频率范围中，能够以高精度测量复介电常数和该复介电常数的频率依赖性，并且即使该谐振器安装在电路板上也没有与其他部件的电干扰。
文档编号G01R27/26GK101147072SQ20068000958
公开日2008年3月19日 申请日期2006年3月22日 优先权日2005年3月23日
发明者塔拉斯·库什塔, 成田薰 申请人:日本电气株式会社