共面波導(dǎo)線(CPW)被廣泛用于測量鐵電薄膜的復(fù)介電常數(shù)。共面波導(dǎo)電路通常被制作在沉淀了薄膜的鋁制基片上，該文分析了薄膜的復(fù)介電常數(shù)與共面波導(dǎo)(CPW)的尺寸與諧振頻率、品質(zhì)因數(shù)之間的關(guān)系。由于鐵電薄膜通常是中低損耗材料，并且厚度很薄，所以周邊環(huán)境對介電常數(shù)的測量結(jié)果準確度有較大的影響。為了獲得更高的測試靈敏度的同時獲得更高的準確度，該文對共面波導(dǎo)諧振器(CPW)在不同尺寸條件下，諧振頻率的改變，品質(zhì)因數(shù)的變化和高次模抑制進行了分析，結(jié)果顯示最優(yōu)結(jié)構(gòu)尺寸是共面波導(dǎo)的縫隙寬度(g)等于共面波導(dǎo)的厚度(h)，同時，縫隙的寬度(g)不能超過共面波導(dǎo)微帶線寬度的兩倍(2s)。

　　電路和電子元器件的發(fā)展趨勢是更加的小型化，集成化。由于功能薄膜材料的快速發(fā)展，鐵電材料被廣泛應(yīng)用于各種高速電子和微波電路中。伴隨著鐵電材料在微波電路和系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，新型材料不斷被研究，薄膜制造工藝不斷被優(yōu)化。為了更好地引導(dǎo)這些研究，就必須準確地測量鐵電薄膜的復(fù)介電常數(shù)。鐵電薄膜通常被制作在成本低廉且擁有較小的介電損耗特性的鋁制基片上，前人提出了許多測量鐵電薄膜復(fù)介電常數(shù)的方法，例如：波導(dǎo)法，諧振腔法，自由空間法，數(shù)字電容法，全波分析方法，傳輸線法。其中，共面波導(dǎo)線作為基本結(jié)構(gòu)常被用于測量鐵電薄膜的復(fù)介電常數(shù)。由于鐵電薄膜很薄的特點，測量的準確度和精確度受測試諧振器結(jié)構(gòu)和測試環(huán)境很大的影響。

　　該文分析了共面波導(dǎo)(CPW)諧振器不同結(jié)構(gòu)尺寸(CPW 縫隙寬度(g)，波導(dǎo)基片厚度(h)，微帶線寬度(s)以及CPW 諧振器與同軸饋線端距離(d))對諧振頻率、品質(zhì)因數(shù)及高次模的影響。研究結(jié)果表明，當共面波導(dǎo)的縫隙寬度(g)相當于共面波導(dǎo)的基片厚度(h)，同時，縫隙的寬度(g)不能超過共面波導(dǎo)微帶線寬度的兩倍(2s)時，共面波導(dǎo)達到最優(yōu)結(jié)構(gòu)尺寸。此時，高次模得到良好的抑制。

　　1、理論

　　本文使用的多層共面波導(dǎo)諧振器與同軸耦合饋線端口三維示意圖如圖1 所示。

圖1 多層共面波導(dǎo)示意圖

　　此次研究所使用的鐵電材料已經(jīng)被制作于此鋁制基片上。共面波導(dǎo)(CPW)結(jié)構(gòu)的尺寸如圖1 所示。其中，"g"、"h" 和"2s" 分別表示共面波導(dǎo)諧振器(CPW)的縫隙寬度、波導(dǎo)基片厚度和微帶線寬度。"d" 表示共面波導(dǎo)(CPW)與同軸耦合饋線端面之間的距離。同軸饋線內(nèi)導(dǎo)體正對共面波導(dǎo)微帶線的中心。"ε1" 表示鋁制基片的介電常數(shù);"ε2" 表示鐵電薄膜的介電常數(shù)。

　　結(jié)論

　　在本文中，共面波導(dǎo)(CPW)諧振器作為最基本的結(jié)構(gòu)被應(yīng)用于對鐵電薄膜復(fù)介電常數(shù)的測量。本文考察了CPW 諧振器的結(jié)構(gòu)參數(shù)(中心微帶寬度(2s)，縫隙寬度(g)，耦合距離(d)，基片厚度(h)等)，建立了共面波導(dǎo)(CPW)諧振器平面模型和三維模型結(jié)構(gòu)，使用商用軟件HFSS對CPW 諧振器進行三位電磁場仿真。仿真并討論了中心微帶寬度(2s)，縫隙寬度(g)，耦合距離(d)，基片厚度(h)之間的關(guān)系，以及"s"，"g"，"d"，"h" 對CPW 諧振器諧振頻率，品質(zhì)因數(shù)和高次模的影響。最后，結(jié)果顯示，當諧振器的尺寸滿足"2s≥g=h" 的條件時，CPW 諧振器諧振頻率附近的寄生模式能夠被有效抑制，介電常數(shù)測量的精確度也可以得到進一步的升。