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网传iPhone XS系列信号极差?这一次我们谈一谈天线及天线测试!

网传价格卖到了一万块上下的iPhone XS、iPhone XS Max也遇到了信号问题,甚至还不如上代iPhone X。很多人都将其归咎于Intel基带,指责苹果为了和高通的商业矛盾而放弃更好的高通方案,强制全面使用技术上差一截的Intel方案,给用户挖了个坑,也有人认为是射频问题。


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不过相关天线工程师进行一番分析后发现了不一样的地方,通过分析基带、射频、天线三处后提出,前两个导致信号不好的可能性基本可以排除,根源其实不仅有天线,还有极为关键的是天线处手机外壳的材料选择。如果天线处手机外壳材料选择不合适,也会对信号传输品质影响尤为严重。如何确保材料选择是否合适,最关键的电性指标是介电性能(即介电常数Dk和介电损耗Df)。因材料介电性能的变化,会直接导致阻抗改变,从而间接影响到信号传输的品质和效率。

接下来让小编给大家介绍下材料介电性能之常见评估方案:包括介电性能的定义、测试原理、方法及测试设备:

序言

介电特性是电介质材料极其重要的性质。在实际应用中,电介质材料的介电常数和介质损耗是非常重要的参数。例如,

  • 手机后盖材料要达到阻抗匹配要求不影响信号传输,从而要求材料在某些特定频率内(2G,3G,4G,WiFi,NFC,Bluetooth等)介电常数和介质损耗需控制在一定规格内;
  • 制造电容器的材料要求介电常数尽量大,而介质损耗尽量小,从而实现小尺寸大容值;
  • 制造仪表绝缘器件的材料则要求介电常数和介质损耗都尽量小,从而实现高阻绝缘;
  • 而在某些特殊情况下,则要求材料在一定频率范围内要有较大介质损耗等。

常见需评估介电特性案例主要有:PCB材料、陶瓷基片、手机后盖及外壳、保护膜、汽车中控前面板等等。


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1.介电常数定义

介电常数描述的是材料与电场之间的相互作用。图 1 显示了介电常数的主要计算公式。介电常数 (K)等于复数相对介电常数 (εr*),或复数介电常数 (ε*) 与真空介电常数 (ε0) 的比值。复数相对介电常数的实部 (εr’) 表示外部电场有多少电能储存到材料中; 对于绝大多数固体和液体来说,εr’>1。复数相对介电常数的虚部 (εr’) 称为损耗系数,表示材料中储存的电能有多少消耗或损失到外电场中。εr’始终> 0,且通常远远小于εr’。


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2.介电常数测试方法介绍

2.1. 使用平行板法测量介电常数

当使用阻抗测量仪器测量介电常数时,通常采用平行板法。图 2 显示了平行板法的

概图。平行板法在 ASTM D150 标准中又称为三端子法,其原理是通过在两个电极之间插

入一个材料或液体薄片组成一个电容器,然后测量其电容,根据测量结果计算介电常数。阻抗测量仪器将测量电容 (C) 和耗散 (D) 的矢量分量,然后由软件程序计算出介电常数和损耗角正切。


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  • 阻抗材料分析仪和材料测试夹具组成的介电性能测量系统

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– 宽频率范围: 1MHz 至1GHz

–介电特性:|εr|, εr'(Dk), εr”, tan δ(Df)

–待测物尺寸要求:外径d≥15 mm,厚度0.3 mm≤t≤3 mm


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–测试精度说明:

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–适用的介电材料为表面光滑且厚度均匀的固体薄片,例如PCB、聚合物、陶瓷基片和薄膜材料等

  • 测量实例

如下图所示,使用阻抗材料分析仪和专门的材料测试夹具,可以获得环氧树脂玻璃的频率特征测量结果,环氧树脂玻璃的频率响应 (εr = 4.5)。

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2.2. 网络分析仪搭配材料分析软件及QWED谐振腔治具测试介电常数

谐振腔法适用于薄膜、基片材料及其他低损耗介电材料。该方法非常灵敏,且分辨率要高于其他方法。它的典型分辨率是10-4,而宽频带测试法的分辨率为10-2

QWED分离介质谐振器采用低损耗介电材料构建,因此能够提供比传统全金属腔体更高的Q 因数和更出色的热稳定度。


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- 典型测量精度:介电常数±1%,介电损耗1x10-5

- 谐振腔法测试介电常数的频率范围:单频点,取决于谐振腔选择(1 to 15 GHz)

–2.5GHz谐振腔待测物尺寸要求: 外径60 mm x 60 mm,厚度< 3.1 mm.

–谐振腔法适用于薄膜、基片材料及其他低损耗介电材料

  • 测试举例


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3. 结论

本文给大家介绍了使用阻抗测量技术的方法和网络分析仪搭配材料分析软件及QWED谐振腔治具测试介电性能方法。根据本文介绍的技巧和方法,您可以很容易查到能满足材料介电性能测量方案。如果您有材料介电性能的测试评估需求,可以直接和我们联系。

*参考文献:

使用 LCR 表和阻抗分析仪测量介电常数和导磁率的解决方案-应用指南

应用指南 380-1,“使用 16451B 介电材料测试夹具测量固体材料的介电常数”

文案:蔣海傑

编辑:dyy

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