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Erweiterung des Messbereichs für dielektrische Verlustfaktor-Messungen in Transmissionsmesstechnik

25.11.2014

Dielektrische Verlustfaktormessungen sehr verlustarmer Materialien, wie sie z.B. in der Hochfrequenz- und Mikrowellentechnik eingesetzt werden, erfolgen üblicherweise mit Hilfe von Resonatoren. Aufgrund ihres Wirkungsprinzips liefern sie allerdings nur Messdaten in einem sehr schmalen Frequenzbereich in der Nähe der Resonanzfrequenz. Verwendet man Transmissionsverfahren, bei denen die Veränderung der Wellenleitereigenschaften (typischerweise koaxiale Wellenleiter oder  Rechteck-Hohlleiter) zur Bestimmung der Materialeigenschaften ausgenutzt wird, sind wesentlich breitbandigere Messungen möglich. Bei diesen Messverfahren war der Messbereich für dielektrische Verlustfaktoren bisher jedoch auf Werte größer als ca. 10-3  begrenzt.

Bei dem im Rahmen des EMRP-Projekts EMINDA neu entwickelten Verfahren ist es erstmalig gelungen, den Messbereich auf verlustarme Substrate mit Verlustfaktorwerten in der Größenordnung 10-4 zu erweitern. Das Verfahren basiert auf der Messung der Ausbreitungskonstanten koplanarer Wellenleiter, die in Dünnfilm-Technologie auf dem zu charakterisierenden Substrat gefertigt werden.

Durch die Kombination zweier Modelle für die Ausbreitungseigenschaften koplanarer Wellenleiter ist die Extraktion einer Zwischengröße möglich, die als äquivalente Leitfähigkeit den Einfluss hochfrequenter Effekte wie z.B. modaler Dispersion über die gemessene Ausbreitungskonstante beinhaltet. Die Kenntnis der äquivalenten Leitfähigkeit erlaubt schließlich eine Trennung der longitudinalen von den transversalen Verlusten und damit eine Bestimmung des dielektrischen Verlustfaktors.

Das neue Verfahren wurde erfolgreich auf typische Substrate der Mikrowellen- und Halbleitertechnik im Frequenzbereich 10 bis 80 GHz angewandt. Dazu gehörten Aluminiumoxid-Keramik, Quarzglas, GaAs, und AF45, ein Borosilikatglas. Die Messergebnisse wurden mit Hilfe eines Split-Zylinder-Resonators verifiziert.

 

 

 

 

Ansprechpartner: U. Arz
Fachbereich 2.2:
 Hochfrequenz und Felder