盧俊安、陳炯雄／工研院材化所
【內文精選】
工研院自建之iProphet毫米波材料介電量測系統
總結上述市售系統，如需要進行毫米波段並可涵蓋20 GHz以上之介電材料量測，且文獻上20 GHz~110 GHz的材料量測Open Resonator也常被研究討論，因此在毫米波段之材料檢測應用Open Resonator已具備學術理論基礎，在工業應用上則需進一步將其優化改良成產品。圖七為文獻上常見半球式結構Open Resonator，與雙曲面的Open Resonator同屬一個架構，但半球式的架構在訊號上僅有一半的模態，雙曲面則具有二種模態，這二種架構都可以適用涵蓋整個毫米波段，但在不同頻段上有其應用的優勢，內文將進行說明。
工研院材料與化工研究所特別針對20 GHz~110 GHz之量測需求，進行結構設計與演算法開發，並參考市售高頻材料量測系統，評估各家量測系統介面之優缺點，設計便於使用者量測之操作介面，大幅簡化量測流程，並提供不同之測試解決方案。
圖九為材化所開發之高頻介電材料量測系統iProphet的自動版，目前自動版支援可串聯的儀器為Anritsu系列，其中包含量測頻率由1 MHz~43.5 GHz Shockline系列型號為MS46122B、MS46322B之網路分析儀，後續也會陸續支援包含Keysight與R&S的網路分析儀。自動版的系統內建自動化高精度移動機構，透過儀器訊號擷取與判讀整合樣品移動定位，可達成具穩定性與再現性的介電量測系統。自動版系統包含了治具系統（內含高精度馬達）、高頻同軸傳輸線、電腦與自動化程式，而量測流程上只需三個步驟：①空腔特性校正；②輸入樣品厚度開始量測；③量測結果顯示並存檔。圖十為相同材質的銅箔基板在不同厚度的測試結果。
圖九、工研院開發之iProphet自動版系統與其控制介面
iProphet系統量測實證
針對多種已知介電常數之樣品進行iProphet量測系統準確度與穩定性驗證，並以涵蓋不同厚度之市售高頻基板材料進行特性測試，以比較與市售系統之差異與優勢。以下為常見標準樣品之量測驗證結果。
圖十三為200μm Quartz之量測結果，分別比較常見的微擾共振法與本系統之量測差異，由圖中可以發現，微擾共振法所量測出來的介電常數隨頻率變化相當明顯，由4.36降至3.78 (20 GHz~110 GHz)，而本系統所量測之結果僅由4.4降至4.3，比對文獻紀錄發現，微擾共振法所量測之介電常數數據明顯偏離真值。
圖十三、200 μm Quartz介電特性量測圖
圖十四為250μm Teflon之量測結果，圖中可以發現，微擾共振法所量測出來的介電常數隨頻率變化由2.085降至1.96，而本系統所量測之結果僅由2.09降至2.03，經由量測結果發現…以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
★本文節錄自《工業材料雜誌》406期，更多資料請見下方附檔。