МИКРОПОЛОСКОВАЯ РЕЗОНАНСНАЯ ЯЧЕЙКА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СВЧ ПАРАМЕТРОВ КОНДЕНСАТОРОВ ПЛАНАРНОЙ КОНСТРУКЦИИ

Заявляемая полезная модель относится к области СВЧ техники и предназначена для измерения СВЧ параметров конденсаторов планарной конструкции: граничной частоты, номинала емкости и добротности конденсатора на этой частоте - частоте саморезонанса.
Известно устройство, с помощью которого можно измерять указанные выше параметры конденсаторов с планарной конструкцией электродов /Kozyrev A. Procedures of Measurements of Ferroelectric Films Parameters in Frequency Range (20-60) GHz / A. Kozyrev; O. Buslov; V. Keis et al // Integrated Ferroelectrics. - 2003. - V. 55, Iss.1. - P. 895-903/. Устройство представляет собой отрезок согласованной волноводно-щелевой линии передачи и состоит из отрезка прямоугольного волновода, разрезанного по широкой стенке, и помещаемой в этот разрез щелевой линии с величиной щели равной расстоянию между контактными площадками измеряемого конденсатора. Измерения производятся следующим образом: щелевая линия замыкается исследуемым конденсатором и при этом на частоте саморезонанса наблюдается минимум коэффициента прохождения. Измеряется резонансная частота и добротность резонансной кривой а также величина затухания на резонансной частоте. По этим данным можно определить емкость конденсатора и его добротность.
Основным недостатком известного устройства являются ограничения по частоте связанные с тем, что волновод имеет сам вполне определенную полосу рабочих частот. Другим недостатком является сложность данной методики так как каждая смена измеряемых конденсаторов требует разборки и сборки устройства.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемой микрополосковой резонансной ячейке для измерения СВЧ параметров конденсаторов планарной конструкции является отрезок микрополосковой линии передачи, состоящий из диэлектрической подложки, токоведущего полоска и металлического основания - земляного электрода /Малорацкий Л.Г. Микроминиатюризация элементов и устройств СВЧ. М.: Сов. Радио, 1976. - 216 с/.
Такой отрезок может служить фиксированной линией задержки, фазосдвигающей ячейкой, однако не может выполнять функцию измерительной ячейки. В этом состоит недостаток известной конструкции.
Задачей, решаемой полезной моделью, является разработка микрополосковой резонансной ячейке для измерения СВЧ параметров конденсаторов планарной конструкции, позволяющей измерять граничную частоту, то есть частоту, при которой реакция конденсатора меняется с емкостной на индуктивную, номинал емкости и добротность конденсатора на этой частоте - частоте саморезонанса.
Поставленная задача решается за счет того, что предлагаемая микрополосковая резонансная измерительная ячейка также как и прототип содержит диэлектрическую подложку, токоведущий полосок и металлическое основание. Но, в отличие от прототипа, металлическое основание дополнительно закрывает одну из боковых поверхностей диэлектрической подложки и частично лицевую часть подложки, образуя с токоведущим полоском щель, ширина которой 1 равна расстоянию между электродами измеряемого конденсатора.
Достигаемым техническим результатом является расширение функциональных возможностей отрезка микрополосковой линии за счет возможности дополнительного определения граничной частоты конденсатора с планарной конструкцией электродов, номинал емкости и добротность конденсатора на этой частоте - частоте саморезоианса.
Полезная модель поясняется чертежами, где на фигуре 1 представлен разрез ячейки (вид сбоку), а на фигуре 2 - вид сверху (топология).
Предлагаемая микрополосковая резонансная измерительная ячейка содержит диэлектрическую подложку 1, токоведущий полосок 2 и металлическое основание - земляной электрод - 3, дополнительно закрывающий одну из боковых поверхностей диэлектрической подложки и частично лицевую часть подложки, образуя с токоведущим полоском щель, ширина которой 1 равна расстоянию между электродами измеряемого конденсатора.
Эквивалентную схему любого конденсатора можно представить в виде последовательного соединения собственно емкости, индуктивности электродов и сопротивления, характеризующего как потери в диэлектрике так и в электродах. При этом все размеры конденсатора не могут выбираться произвольно /ГОСТ Ρ 50044 - 2009 «Изделия электронной техники для поверхностного монтажа радиоэлектронной аппаратуры»/. Эквивалентная схема диктует и постановку исследуемого конденсатора в измерительную ячейку - замыкая токоведущий полосок и металлическое основание (земляной электрод).
0
0
0
Методика измерений заключается в следующем: измерительная ячейка с включенным измеряемым конденсатором через соответствующие разъемы включается в цепь генератора качающейся частоты по схеме «на проход». При этом на экране индикатора на некоторой частоте ω будет наблюдаться резонансная кривая, соответствующая минимальному прохождению ВЧ - СВЧ сигнала (это следует из последовательно эквивалентной схемы конденсатора). По показаниям прибора определяются резонансная частота ω, величина добротности и затухания на резонансной частоте. Так как ширина щели между токоведущим полоском и металлическим основанием (земляным электродом) равна расстоянию между электродами (контактными площадками) измеряемого конденсатора, то измеренная частота ω и будет граничной частотой (частотой саморезонанса) конденсаторов с планарной конструкцией электродов. Частота саморезонанса конденсатора определяется выражением
,
0
где ω - частота саморезонанса, С - емкость конденсатора, L - индуктивность обкладок конденсатора. Для конденсатора с планарной конструкцией электродов величина индуктивности L зависит не только от размеров но и от топологии обкладок конденсатора. Калибровка измерительной ячейки путем измерения кондесаторов с различным номиналом емкости и полностью идентичными электродами позволяет получить значение индуктивности электродов и, следовательно, значение емкости измеряемого конденсатора.
Добротность конденсатора определяется по ширине резонансной кривой, а уровень измерения ее определяется величиной затухания на резонансной частоте путем решения уравнений матрицы рассеяния.
Как видно из описания конструкции и способа измерения микрополосковая резонансная измерительная ячейка позволяет дополнительно измерять граничную частоту - частоту саморезонанса - конденсаторов с планарной конструкцией электродов, величину емкости и добротность конденсаторов, сохраняя при этом все функции отрезка микрополосковой линии.