GB1409介電常數(shù)測(cè)試儀

1.深圳市華天啟科技有限公司

2.深圳市興綠科技有限公司

3.深圳華晟達(dá)儀器設(shè)備有限公司

 4.深圳質(zhì)檢院

5.深圳市歐普特工業(yè)材料有限公司

6.深圳市秦塑塑化材料科技有限公司

7.廣州奧翼電子科技有限公司

8.廣東電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院

9.廣州市日立電梯有限公司

10.廣州威凱檢測(cè)技術(shù)有限公司 、

11.廣東銀禧科技股份有限公司

12.廣東產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督研究所

13.廣東新翼新材料有限公司

14.惠州光陽(yáng)科技有限公司

15.華南理工大學(xué)

16.茂名質(zhì)量檢驗(yàn)監(jiān)督所

17.東莞市南炬高分子材料有限公司

18.東莞市華科東尼儀器有限公司

19.東莞零度導(dǎo)熱材料有限公司

20.佛山市質(zhì)量計(jì)量監(jiān)督檢測(cè)中心

21.佛羅縣復(fù)合材料有限公司

22.佛山金戈消防材料有限公司

23.佛山質(zhì)量檢驗(yàn)監(jiān)督所

24.上海西邦電氣有限公司

25.上海申銳測(cè)試設(shè)備制造有限公司

 26.上海兆邦電力器材有限公司

27.上海祈峰實(shí)驗(yàn)儀器有限公司

28.上?？萍即髮W(xué)

29.浙江正泰電氣股份有限公司

30.浙江德創(chuàng)環(huán)保科技股份有限公司

31.紹興任飛碳黑有限公司

32.樂清市正泰電器科技股份有限公司

33.樂清市柳市正和量具儀器商行

34.蘇州市銘宇精密測(cè)量?jī)x器有限公司

35.佳施加德士（蘇州）塑料有限公司

 36.江蘇矽時(shí)代材料科技有限公司

37.江蘇溧陽(yáng)康達(dá)威實(shí)業(yè)有限公司

38.歐寶聚合物江蘇有限公司

39.蘇州工業(yè)園區(qū)斯博自動(dòng)化控制設(shè)備有限公司

 40.江蘇蘇美達(dá)成套設(shè)備工程有限公司

 41.中廣核三角洲（江蘇）塑化有限公司

42.南通日芝電力材料有限公司

 43.日本長(zhǎng)瀨精細(xì)化工（無(wú)錫）有限公司

44.萬(wàn)聚（杭州）供應(yīng)鏈有限公司

 45.順德特種變壓器廠

46.諸城質(zhì)量檢驗(yàn)監(jiān)督所

47.無(wú)錫金邦科技有限公司

 48.無(wú)錫思耐德科技有限公司

 49.南京博樂飛科學(xué)儀器有限公司

50.南京電氣集團(tuán)

51.南京電氣科技有限公司

52.安徽銅峰電子股份有限公司

53.安徽省寧國(guó)市海偉電子有限公司

54.安徽國(guó)華新材料有限公司

55.中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所

56.武漢欣景通儀器有限公司

57.武漢北分福誠(chéng)儀器有限公司

58.天津市鼎軒科工貿(mào)有限公司

59.天津鼎軒工業(yè)材料有限公司

60.天津中津塑膠制品有限公司

61.星光橡膠（日本）天津有限公司

62.平頂山神馬鷹材包裝有限公司

63.河南金水電纜集團(tuán)有限公司

64.四川天威電子有限責(zé)任公司
65.四川川環(huán)科技股份有限公司

66.四川大學(xué)

67.德陽(yáng)盛宇科技有限公司

68.成都監(jiān)幫密封件股份有限公司

69.成都科技大學(xué)

70.成都電子科技大學(xué)

71.核工業(yè)西南物理研究院

72.北京化工大學(xué)

73.北京理工大學(xué)

74.北京清華大學(xué)材料系、水利系

75.北京福瑞泰科技有限公司

76.北京航天凱恩化工科技有限公司（特種化工事業(yè)部）

77.北京世紀(jì)航凱電力科技股份有限公司

78.北京空軍二十三廠

79.北京理工大學(xué)西山實(shí)驗(yàn)區(qū)

80.北京四方變壓器廠

81.北京磁谷新能源材料有限公司

82.北京博聞時(shí)訊科技有限公司

83.北京中西遠(yuǎn)大科技有限公司

84. 北京市科學(xué)器材公司

85.北京航天試驗(yàn)技術(shù)研究所

86.北京歐陸偉業(yè)科技發(fā)展有限公司

 87.山東德威克儀器有限公司

88.山東陽(yáng)谷電纜集團(tuán)有限公司

89. 山東守護(hù)者電子科技有限公司

90.山東德威克儀器有限公司

 91.青島安世科學(xué)儀器有限公司

92.合肥博藝儀器設(shè)備有限公司

93.濟(jì)寧強(qiáng)科管材材料有限公司

94. 煙臺(tái)華鵬儀器有限公司

95.黑龍江天林科技有限公司

96.長(zhǎng)春一汽轎車股份有限公司

 97. 遼陽(yáng)易通科技有限公司

98.大慶五金總匯有限公司

 99.沈陽(yáng)潤(rùn)錦科技有限公司

100.中科院蘭州理化所

101.蘭州匯天成工貿(mào)有限公司

102.肯博（廈門）絕緣科技有限公司

103.海南大學(xué)

 104.西安交通大學(xué)

105.西安永興科技發(fā)展有限公司

 106.陜西科技大學(xué)

107.阜新礦業(yè)集團(tuán)有限公司

108.江西科盛環(huán)保股份有限公司

109. 咸陽(yáng)興華高精表面技術(shù)有限公司

 110.滄州特嘉汽車零部件有限公司

111.長(zhǎng)沙康格醫(yī)療用品有限公司

113.貴州省材料產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院

114.福建南平太陽(yáng)電纜股份有限公司

 115.福州申輝化工儀器有限公司

116.保定華創(chuàng)電氣有限公司

117. 保定棉金內(nèi)飾件制造有限公司

 118. 保定順成內(nèi)飾件材料有限公司

119.保定風(fēng)帆美新蓄電池隔離板制造有限公司

GB1409介電常數(shù)測(cè)試儀參數(shù)

平板電容極片：Φ50mm/Φ38mm可選

間距可調(diào)范圍：≥15mm  

頻率范圍     ：   20KHz-60MHz/200KHz-160MHz

頻率指示誤差：3×10^-5±1個(gè)字

夾具插頭間距：25mm±0.01mm

主電容調(diào)節(jié)范圍：30-500/18-220pF

測(cè)微桿分辨率：0.001mm

主調(diào)電容誤差：<1%或1pF

夾具損耗角正切值：≦4×10^-4 （1MHz)

Q測(cè)試范圍：2～1023

GB1409介電常數(shù)測(cè)試儀定義

介質(zhì)損耗角dielectric loss angle
由絕緣材料作為介質(zhì)的電容器上所施加的電壓與由此而產(chǎn)生的電流之間的相位差的余角。

介質(zhì)損耗因數(shù)，，dielectric dissipation factor

tan8損耗角a的正切。

〔介質(zhì)〕損耗指數(shù)
E,該材料的損耗因數(shù)
tan8與相對(duì)電容率:r的乘積

復(fù)相對(duì)電容率complex relative permittivi

介電常數(shù)測(cè)量技術(shù)在民用，工業(yè)以及軍事等各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。本文主要對(duì)介電常數(shù)測(cè)量的常用方法進(jìn)
行了綜合論述。首先對(duì)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了對(duì)比總結(jié)；然后分別論述了幾種常用測(cè)量方法的基本原理、適用范圍、
優(yōu)缺點(diǎn)及發(fā)展近況；后對(duì)幾種測(cè)量方法進(jìn)行了對(duì)比總結(jié)，得出結(jié)論。

介電常數(shù)是物體的重要物理性質(zhì)，對(duì)介電常數(shù)的研究有重要的理論和應(yīng)用意義。電氣工程中的電介質(zhì)問(wèn)題、電磁兼容問(wèn)題、生物醫(yī)學(xué)、微波、電子技術(shù)食品加工和地質(zhì)勘探中，無(wú)一不利用到物質(zhì)的電磁特性，對(duì)介電常數(shù)的測(cè)量提出了要求。目前對(duì)介電常數(shù)測(cè)量方法的應(yīng)用可以說(shuō)是遍及民用、工業(yè)、國(guó)防的各個(gè)領(lǐng)域

在食品加工行業(yè)當(dāng)中，儲(chǔ)藏、加工、滅菌、分級(jí)及質(zhì)檢等方面都廣泛采用了介電常數(shù)的測(cè)量技術(shù)。例如，通過(guò)測(cè)量介電常數(shù)的大小，新鮮果蔬品質(zhì)、含水率、發(fā)酵和干燥過(guò)程中的一些指標(biāo)都得到間接體現(xiàn)，此外，根據(jù)食品的介電常數(shù)、含水率確定殺菌時(shí)間和功率密度等工藝參數(shù)也是重要的應(yīng)用之一[1]。在路基壓實(shí)質(zhì)量檢測(cè)和評(píng)價(jià)中，如果利用常規(guī)的方法，盡管測(cè)量結(jié)果比較準(zhǔn)確，但工作量大、周期長(zhǎng)、速度慢且對(duì)路面造成破壞。由于土體的含水量、溫度及密度都會(huì)對(duì)其介電特性產(chǎn)生不同程度的影響，因此可以采用雷達(dá)對(duì)整個(gè)區(qū)域進(jìn)行測(cè)試以反算出介電常數(shù)的數(shù)值，通過(guò)分析介電性得到路基的密度及壓實(shí)度等參數(shù)，達(dá)到快速測(cè)量路基的密度及壓實(shí)度的目的[2]。此外，復(fù)介電常數(shù)測(cè)量技術(shù)還在水土污染的監(jiān)測(cè)中得到了應(yīng)用[3]。并且還可通過(guò)對(duì)巖石介電常數(shù)的測(cè)量對(duì)地震進(jìn)行預(yù)報(bào)[4]。上面說(shuō)的是介電常數(shù)測(cè)量在民用方面的部分應(yīng)用，其在工業(yè)上也有重要的應(yīng)用。典型的例子有低介電常數(shù)材料在超大規(guī)模集成電路工藝中的應(yīng)用以及高介電常數(shù)材料在半導(dǎo)體儲(chǔ)存器件中的應(yīng)用。在集成電路工藝中，隨著晶體管密度的不斷增加和線寬的不斷減小，互聯(lián)中電容和電阻的寄生效應(yīng)不斷增大，傳統(tǒng)的絕緣材料二氧化硅被低介電常數(shù)材料所代替是必然的。目前Applied Materials 的BlackDiamond 作為低介電常數(shù)材料，已經(jīng)應(yīng)用于集成電路的商業(yè)化生產(chǎn)[5]。在半導(dǎo)體儲(chǔ)存器件中，利用高介電常數(shù)材料能夠解決半導(dǎo)體器件尺寸縮小而導(dǎo)致的柵氧層厚度極限的問(wèn)題，同時(shí)具備特殊的物理特性，可以實(shí)現(xiàn)具有特殊性能的新器件[6]。在軍事方面，介電常數(shù)測(cè)量技術(shù)也廣泛應(yīng)用于雷達(dá)和各種特
殊材料的制造與檢測(cè)當(dāng)中。對(duì)介電常數(shù)測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用可以說(shuō)是不勝枚舉。介電常數(shù)的測(cè)量技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于民用、工業(yè)和國(guó)防各個(gè)領(lǐng)域，并且有發(fā)展的空間和必要性。我們對(duì)測(cè)量介電常數(shù)的方法進(jìn)行總結(jié)，能更清晰的認(rèn)識(shí)測(cè)量方法的現(xiàn)狀，為某些應(yīng)用提供一種可能適合的方法，是有一定理論和工程應(yīng)用意義的。

.介電常數(shù)測(cè)量方法綜述介電常數(shù)的測(cè)量按材質(zhì)分類可以分為對(duì)固體、液體、氣體以及粉末(顆粒)的測(cè)量[7]。固體電介質(zhì)在測(cè)量時(shí)應(yīng)用較為廣泛，通?？梢苑譃閷?duì)固定形狀大小的固體和對(duì)形狀不確定的固體的測(cè)量。相對(duì)于固體，液體和氣體的測(cè)試方法較少。對(duì)于液體，可以采用波導(dǎo)反射法測(cè)量其介電常數(shù)，誤差在5%左右[8]。此外國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中給出了在90℃、工頻條件下測(cè)量液體損耗角正切及介電常數(shù)的方法[9]。對(duì)于氣體，具體測(cè)試方法少且精度都不十分高。文獻(xiàn)[10]中給出一種測(cè)量方法，以測(cè)量共振頻率為基礎(chǔ)，在LC 串聯(lián)諧振電路中產(chǎn)生震蕩，利用數(shù)字頻率計(jì)測(cè)量諧振頻率，不斷改變壓強(qiáng)和記錄當(dāng)前壓強(qiáng)下諧振頻率，后用作圖或者一元線性回歸法處理數(shù)據(jù)，得到電容變化率進(jìn)而計(jì)算出相對(duì)介電常數(shù)。

表1 是測(cè)量固體介電常數(shù)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法(不包括廢止的方法)及其對(duì)頻率、介電常數(shù)范圍、材料等
情況的要求。如表1 所示，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中已經(jīng)對(duì)微擾法和開式腔法的過(guò)程做了詳細(xì)介紹，然而對(duì)適用頻率和介電常數(shù)的范圍都有所限制。所以在不同材料，不同頻率的情況下，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)也給出了相應(yīng)的具體測(cè)量方法?？梢?，上面所分析的方法并不是可以隨便套用的。在不同的系統(tǒng)、測(cè)量不同的材料、所要求的頻率不同的情況下，需要對(duì)其具體問(wèn)題具體分析，這樣才能得出準(zhǔn)確的方法。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量方法覆蓋的頻率為50 MHz 以下和100 MHz 到30 GHz，可以說(shuō)是一個(gè)較廣的頻率覆蓋范圍，但是不同范圍適用的材料和環(huán)境等都有所不同。介電常數(shù)的覆蓋范圍是2 到100，接近1 的介電常數(shù)和較高介電常數(shù)的測(cè)量方法比較稀缺，損耗普遍在10−3 到10−4 的數(shù)量級(jí)上。3. 測(cè)量介電常數(shù)的幾種主要方法從總體來(lái)說(shuō)，目前測(cè)量介電常數(shù)的方法主要有集中電路法、傳輸線法、諧振法、自由空間波法等等。其中，傳輸線法、集中電路法、諧振法等屬于實(shí)驗(yàn)室測(cè)量方法，測(cè)量通常是在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行，要求具有相應(yīng)的樣品采集技術(shù)。另外對(duì)于已知介電常數(shù)材料發(fā)泡后的介電常數(shù)通常用經(jīng)驗(yàn)公式得到[26]。下面，分別對(duì)這幾種方法的原理、特點(diǎn)和發(fā)展現(xiàn)狀等做分別闡述。3.1. 集中電路法集中電路法是一種在低頻段將有耗材料填充電容，利用電容各參數(shù)以及測(cè)量得到的導(dǎo)納推出介電常數(shù)的一種方法。其原理公式為：

其中， Y 為導(dǎo)納， A 為電容面積， d 為極板間距離，?0 為空氣介電常數(shù)，ω 為角頻率。為了測(cè)量導(dǎo)納，通常用并聯(lián)諧振回路測(cè)出Q 值(品質(zhì)因數(shù))和頻率，進(jìn)而推出介電常數(shù)。由于其高頻率會(huì)受到小電感的限制，這種方法的高頻率一般是100 MHz。小電感一般為10 nHz 左右。如果電感過(guò)，高頻段雜散電容影響太大。如果頻率過(guò)高，則會(huì)形成駐波，改變諧振頻率同時(shí)輻射損耗驟然增加。但這種方法并不適用于低損材料。因?yàn)檫@種方法能測(cè)得的Q 值只有200 左右，使用網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)得tan? 也只在10−4 左右。這種方法不但準(zhǔn)確度不高，而且只能測(cè)量較低頻率，在現(xiàn)有通信應(yīng)用要求下已不應(yīng)用。

[GB/T 1693-2007]硫化橡膠介電常數(shù)和介質(zhì)損耗角工頻、高頻適用于硫化橡膠
正切值的測(cè)定方法
[GB/T 5597-1999]固體電介質(zhì)微波復(fù)介電常數(shù)的測(cè)
2~18 試方法 GHz 2~20 0.0001~0.005
[GB 7265.1-87]固體電介質(zhì)微波復(fù)介電常數(shù)的測(cè)試方2~18 GHz 2~20 0.0001~0.005 微擾法
法——微擾法
[GB 7265.2-87]固體電介質(zhì)微波復(fù)介電常數(shù)的測(cè)試方法——“開式腔”法 3~30 GHz 5~100 0.0002~0.006 開式腔法
[GB 11297.11-89]熱釋電材料介電常數(shù)的測(cè)試方法1 kHz ± 5% 適用于熱釋電材料
[GB 11310-89]壓電陶瓷材料性能測(cè)試方法相對(duì)自由介電常數(shù)溫度特性的測(cè)試 1 kHz 適用于壓電陶瓷材料
[GB/T 12636-90]微波介質(zhì)基片復(fù)介電常數(shù)帶狀線測(cè)1~20 GHz 2~25 0.0005~0.01 試方法
[QJ 1990.3-90]電絕緣粘合劑電性能測(cè)試方法工頻、工頻、高頻適用于電絕緣粘合劑
高頻下介質(zhì)損耗角正切及相對(duì)介電常數(shù)的測(cè)量(1 MHz 以下)
[SJ 20512-1995]微波大損耗固體材料復(fù)介電常數(shù)和
2~40 GHz 2~100 <1.2 適用于微波大損耗固體材料
復(fù)磁導(dǎo)率測(cè)試方法
[SJ/T 1147-93]電容器用有機(jī)薄膜介質(zhì)損耗角正切值工頻、1 kHz、1 適用于電容器用有機(jī)薄膜
和介電常數(shù)試驗(yàn)方法MHz
[SJ/T 10142-91]電介質(zhì)材料微波復(fù)介電常數(shù)測(cè)試方4~12 GHz 4~80 0.1~1 適用于電介質(zhì)材料、同軸線終端開路
法同軸線終端開路法法
[SJ/T 10143-91]固體電介質(zhì)微波復(fù)介電常數(shù)測(cè)試方
法——重入腔法 100~1000 MHz <20 0.0002~0.02 適用于電介質(zhì)材料、重入腔法
[SJ/T 11043-96]電子玻璃高頻介質(zhì)損耗和介電常數(shù)
50~50 MHz 適用于電子玻璃
的測(cè)試方法
低頻、射頻、適用于巖樣、本方法所指低頻為1
[SY/T 6528-2002]巖樣介電常數(shù)測(cè)量方法KHz~15 MHz、射頻為20 MHz~0.27 超高頻
GHz、超高頻為0.2 GHz~3 GHz

3.2. 傳輸線法
傳輸線法是網(wǎng)絡(luò)法的一種，是將介質(zhì)置入測(cè)試系統(tǒng)適當(dāng)位置作為單端口或雙端口網(wǎng)絡(luò)。雙端口情況下，通過(guò)測(cè)量網(wǎng)絡(luò)的s 參數(shù)來(lái)得到微波的電磁參數(shù)。圖1 為雙端口傳輸線法的原理示意圖。


其中，Γ 表示空氣樣品的反射系數(shù)，? 為傳播系數(shù)，l

同時(shí)測(cè)量傳輸系數(shù)或者反射系數(shù)的相位和幅度，改變樣品長(zhǎng)度或者測(cè)量頻率，測(cè)出這時(shí)的幅度響應(yīng)，聯(lián)立方程組就能夠求出相對(duì)介電常數(shù)。單端口情況下，通過(guò)測(cè)量復(fù)反射系數(shù)Γ 來(lái)得到、料的復(fù)介電常數(shù)。因此常見的方法有填充樣品傳輸線段法、樣品填充同軸線終端法和將樣品置于開口傳輸線終端測(cè)量的方法[27]。*種方法通過(guò)改變樣品長(zhǎng)度及測(cè)量頻率來(lái)測(cè)量幅度響應(yīng)，求出εr。這種方法可以測(cè)得傳輸波和反射波極小點(diǎn)隨樣品長(zhǎng)度及頻率的變換，同時(shí)能夠避免復(fù)超越方程和的迭代求解。但這一種方法僅限于低、中損耗介質(zhì)，對(duì)于高損耗介質(zhì)，樣品中沒有多次反射。傳輸線法適用于εr 較大的固體及液體，而對(duì)于εr 比較小的氣體不太適用。早在 2002年用傳輸反射法就能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)任意厚度的樣品在任意頻率上進(jìn)行復(fù)介電常數(shù)的穩(wěn)定測(cè)量NRW T/R 法(即基于傳輸/反射參數(shù)的傳輸線法)的優(yōu)勢(shì)是簡(jiǎn)單、精度高并且適用于波導(dǎo)和同軸系統(tǒng)。但該方法在樣品厚度是測(cè)量頻率對(duì)應(yīng)的半個(gè)波導(dǎo)波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí)并不穩(wěn)定。同時(shí)此方法存在著多值問(wèn)題，通常選擇不同頻率或不同厚度的樣品進(jìn)行測(cè)量較浪費(fèi)時(shí)間并且不方便。此外就是對(duì)于極薄的材料不能進(jìn)行高精度測(cè)量[28]。反射法測(cè)量介電常數(shù)的早應(yīng)用是Decreton 和Gardial 在1974 年通過(guò)測(cè)量開口波導(dǎo)系統(tǒng)的反射系數(shù)推導(dǎo)出待測(cè)樣品的介電常數(shù)。同軸反射法是反射法的推廣和深化，即把待測(cè)樣品等效為兩端口網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)量該網(wǎng)絡(luò)的散射系數(shù)，據(jù)此測(cè)試出材料的介電常數(shù)。結(jié)果顯示，同軸反射法在測(cè)量高損耗材料介電常數(shù)上有一定可行性，可以測(cè)量和計(jì)算大多數(shù)高損耗電介質(zhì)的介電常數(shù)，對(duì)諧振腔法不能測(cè)量高損耗材料介電常數(shù)的情況有非常大的補(bǔ)充應(yīng)用價(jià)值[29]。2006 年又提出了一種測(cè)量低損耗薄膜材料介電常數(shù)的標(biāo)量法。該方法運(yùn)用了傳輸線法測(cè)量原理，首先測(cè)量待測(cè)介質(zhì)損耗，間接得出反射系數(shù)，然后由反射系數(shù)與介電常數(shù)的關(guān)系式推出介質(zhì)的介電常數(shù)。其薄膜可以分為低損耗、高損耗和高反射三類，通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明了三種薄膜的損耗隨頻率改變基本呈相同的變化趨勢(shì)，高頻稍有差別，允許誤差范圍內(nèi)可近似。該方法切實(shí)可行，但不適用于測(cè)量表面粗糙的介質(zhì)[30]。近幾年有人提出了新的確定Ka 波段毫米波損耗材料復(fù)介電常數(shù)的磁導(dǎo)率的測(cè)量方法并給出了確定樣品的復(fù)介電常數(shù)及磁導(dǎo)率的散射方程。此方法有下列優(yōu)點(diǎn)：1) 計(jì)算復(fù)介電常數(shù)及磁導(dǎo)率方程組是去耦合的，不需要迭代；2) 被測(cè)量的頻率范圍比較寬；3) 與傳統(tǒng)方法相比消除了介電常數(shù)測(cè)量對(duì)樣品長(zhǎng)度和參考面的位置的依賴性；4) 消除了NRW 方法在某些頻點(diǎn)測(cè)量的不確定性[31]。還有人將橢圓偏振法的電些頻點(diǎn)測(cè)量的不確定性[31]。還有人將橢圓偏振法的電法用測(cè)量樣品反射波或者投射波相對(duì)于入射波偏振狀態(tài)的改變來(lái)計(jì)算光電特性和幾何參數(shù)。毫米波橢圓偏振法得到的復(fù)介電常數(shù)的虛部比實(shí)部低，即計(jì)算得到的虛部有一定誤差，但它對(duì)橢圓偏振法的進(jìn)一步研究提供了重要的參考依據(jù)[32]

諧振法

諧振法是將樣品作為諧振結(jié)構(gòu)的一部分來(lái)測(cè)量介電常數(shù)的方法，分為微擾法、全部填充諧振器空間的方法以及部分填充諧振器空間的方法。全部填充可以用公式(6)來(lái)計(jì)算

部分填充主要是為了減小樣品尺寸以及材料對(duì)于諧振器參數(shù)的影響，難以進(jìn)行精確地計(jì)算，一般用于矯正。微擾法要求相對(duì)較小的尺寸，并且相對(duì)頻偏要小于0.001，這種情況下其具體尺寸形狀可用填充因子s表示：

其中f0 是無(wú)樣品時(shí)的諧振頻率，QL 是品質(zhì)因數(shù)， ?
r
是相對(duì)介電常數(shù)， A ? ?
r ? 是聯(lián)系相對(duì)介電常數(shù)以及
微擾腔參數(shù)的函數(shù)。

此時(shí)不論形狀尺寸如何，只要得到填充因子s 即可方便求出相對(duì)介電常數(shù)。利用此方法可以測(cè)量幾乎
所有的材料的介電常數(shù)，但是在校準(zhǔn)時(shí)要求采用同一形狀。在頻率上區(qū)分，當(dāng)頻率高于1 GHz 時(shí)，可以用波導(dǎo)腔測(cè)量介電常數(shù)，但是當(dāng)頻率高于10 GHz 時(shí)，由于基模腔太小等原因，對(duì)于介電常數(shù)的測(cè)量提出了新的挑戰(zhàn)。諧振法的具體方法有很多，如：矩形腔法、諧振腔微擾法、微帶線諧振器法、帶狀線諧振器法、介質(zhì)諧振器法、高Q 腔法等。近年來(lái)對(duì)于諧振法又有新的方法不斷出現(xiàn)和改善。

圓柱腔測(cè)量介電常數(shù)法是我國(guó)在1987 年推出的測(cè)量介電常數(shù)的方法，經(jīng)過(guò)了對(duì)測(cè)試夾具的研究和開發(fā)及對(duì)開縫腔體的研究，測(cè)試結(jié)果更為準(zhǔn)確。其頻率測(cè)試范圍大約為1~10 GHz[33]。此外，關(guān)于開放腔方法的改進(jìn)也非常全面和成熟。開放腔方法中廣泛應(yīng)用了兩塊很大平型金屬板中圓柱介質(zhì)構(gòu)成截止開腔的方法，其對(duì)于相對(duì)介電常數(shù)εr 的測(cè)量相對(duì)準(zhǔn)確，但對(duì)于損耗角tanβ 測(cè)量誤差比較大。2006 年有人提出截止波導(dǎo)介質(zhì)腔測(cè)量介電常數(shù)，可同時(shí)測(cè)量微波損耗和介電常數(shù)，但只能夠用來(lái)測(cè)量相對(duì)介電常數(shù)大于10 的樣品[34]。同時(shí)，因?yàn)槠叫邪彘_式腔法會(huì)有一部分能量順著饋線和上下金屬板之間的結(jié)構(gòu)傳輸形成輻射損耗，有人提出通過(guò)在饋電側(cè)上下金屬板間增加短路板用來(lái)阻止輻射損耗，并且設(shè)計(jì)
制作了相應(yīng)系統(tǒng)，可以通過(guò)單端口工作，對(duì)圓柱形介質(zhì)進(jìn)行測(cè)試[35]。近兩年出現(xiàn)了很多對(duì)于開式腔的改進(jìn)和發(fā)展。由三十八所和東南大學(xué)合作的開式腔法自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)，不僅操作簡(jiǎn)便，而且其測(cè)量的相對(duì)介電常數(shù)以及損耗正切的不確定度小于0.17%和20.4%。此外有人提出準(zhǔn)光腔法在毫米波和亞毫米波中的應(yīng)用有高Q 值、使用簡(jiǎn)便、不損傷薄膜、靈敏度高、樣品放置容易、能檢測(cè)大面積介質(zhì)復(fù)介電常數(shù)均勻性等多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)，但依然只能在若干分離頻率點(diǎn)上進(jìn)行測(cè)量[36]?？偠灾C振法基本可以測(cè)量所有頻率范圍內(nèi)的材料的介電常數(shù)，但是現(xiàn)有方法中對(duì)毫米波范圍研究居多；具有單模性能好、Q 值高、腔加工和樣品準(zhǔn)備簡(jiǎn)單、操作方便以及測(cè)量精度高等優(yōu)點(diǎn)；但是對(duì)于損耗正切的測(cè)量一直不能十分準(zhǔn)確，同時(shí)一般只能在幾個(gè)分離的頻率點(diǎn)上進(jìn)行測(cè)量；同時(shí)因?yàn)橹C振頻率和固有品質(zhì)可以較準(zhǔn)確測(cè)量，非常適用于對(duì)低損耗介質(zhì)材料的測(cè)量。諧振法的技術(shù)已經(jīng)比較完善，但是依然有不足之處：如何確保單頻點(diǎn)法的腔長(zhǎng)精確性長(zhǎng)期被忽略；提取相對(duì)介電常數(shù)的超越方程存在多值解；依然有較多誤差源等[37]。

自由空間法
自由空間法其實(shí)也可算是傳輸線法。它的原理可參考線路傳輸法，通過(guò)測(cè)得傳輸和反射系數(shù)，改變樣
品數(shù)據(jù)和頻率來(lái)得到介電常數(shù)的數(shù)值。圖2 為其示意圖。

自由空間法與傳輸線法有所不同。傳輸線法要求波導(dǎo)壁和被測(cè)材料*接觸，而自由空間法克服了這
個(gè)缺點(diǎn)[38]。自由空間法保存了線路傳輸法可以測(cè)量寬頻帶范圍的優(yōu)點(diǎn)。自由空間法要求材料要有足夠的損耗，否則會(huì)在材料中形成駐波并且引起誤差。因此，這種方法只適用于高于3 GHz 的高頻情況。其高頻率可以達(dá)到100 GHz。

六端口測(cè)量技術(shù)
另外，還有一種方法為六端口測(cè)量技術(shù)。其測(cè)量系統(tǒng)如圖3。在未填充介質(zhì)樣品時(shí)，忽略波導(dǎo)損耗，短路段反

六端口技術(shù)是20 世紀(jì)70 年代發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)微波自動(dòng)測(cè)量技術(shù)，具有造價(jià)低廉和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)目前六端口技術(shù)廣泛應(yīng)用于安全防護(hù)、微波計(jì)量和工業(yè)在線測(cè)量中。六端口技術(shù)是一種通過(guò)測(cè)量標(biāo)量來(lái)替業(yè)在線測(cè)量中。六端口技術(shù)是一種通過(guò)測(cè)量標(biāo)量來(lái)替測(cè)量[40]。因此其對(duì)設(shè)備精度和復(fù)雜度的要求都有所下降。同時(shí)六端口技術(shù)在與計(jì)算機(jī)控制接口連接的實(shí)現(xiàn)上顯現(xiàn)出了很大的優(yōu)勢(shì)，有利于微波阻抗和網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的自動(dòng)測(cè)量。

早在20 世紀(jì)90 年代，我國(guó)的學(xué)術(shù)界就提出了許多校驗(yàn)方法，并設(shè)計(jì)出了精度較高的自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)，提出了選用測(cè)量低損耗介質(zhì)的微波探頭的建議[41,42]。近幾年六端口技術(shù)仍在不斷地發(fā)展和完善。學(xué)術(shù)界提出了許多新的解超越方程的方法。同時(shí)開始采用Matlab 解超越方程，采用Labview 做人機(jī)界面，將Matlab 嵌入其中[43]?？偠灾丝诰W(wǎng)絡(luò)可以在寬頻率范圍內(nèi)進(jìn)行測(cè)量，目前NIsT 實(shí)驗(yàn)室的六端口系統(tǒng)可以測(cè)量10 MHz 到100 GHz 的頻率范圍；六端口網(wǎng)絡(luò)有較高的精度，對(duì) s 參數(shù)的測(cè)量可以達(dá)到點(diǎn)頻手動(dòng)測(cè)量的水準(zhǔn)；與自動(dòng)網(wǎng)絡(luò)分析儀比較，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，體積??；可以通過(guò)計(jì)算機(jī)及其軟件對(duì)測(cè)量進(jìn)行優(yōu)化和計(jì)算，更利于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。

3.6.測(cè)量方法總結(jié)

將上述方法的適用場(chǎng)合、優(yōu)缺點(diǎn)可以簡(jiǎn)單總結(jié)成表2。

4. 結(jié)論介電常數(shù)的測(cè)量技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用于生產(chǎn)生活的各個(gè)方面，其測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)也十分明確。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中能夠測(cè)量的頻率范圍已經(jīng)覆蓋50 MHz 以下及100 M 到30 GHz。但是其對(duì)測(cè)試材料種類以及介電常數(shù)和損耗角的數(shù)值范圍有明確規(guī)定，使得各種標(biāo)準(zhǔn)能夠應(yīng)用的范圍不是很廣泛。而就測(cè)量方法而言，幾種主要的測(cè)量方法各有利弊。集中電路法適用于低頻情況；傳輸線法頻率覆蓋范圍較廣，適用于介電常數(shù)較大的材料，其多數(shù)方法對(duì)于高損和薄膜等材料不太適用，方法簡(jiǎn)單準(zhǔn)確；諧振法只能在有限頻率點(diǎn)下進(jìn)行測(cè)量，適用于低損材料，方法簡(jiǎn)單準(zhǔn)確、單模性好；自由空間法準(zhǔn)確性相對(duì)較差，但是可以實(shí)現(xiàn)實(shí)地測(cè)量；六端口網(wǎng)絡(luò)法精度高，六端口網(wǎng)絡(luò)造價(jià)低廉，頻率覆蓋范圍廣，更適用于以后多種多樣的測(cè)量情況的需要，但是沒有具體的標(biāo)準(zhǔn)可以參考?？梢?，并不存在一種方法可以*代替其他方法，不同的方法都有自己的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，在不同的情況下選擇具體的方法是十分有必要的。

結(jié)束語(yǔ)
現(xiàn)今介電常數(shù)的測(cè)量技術(shù)現(xiàn)在正在不斷進(jìn)步和日益完善，對(duì)于其測(cè)量方法的總結(jié)是希望讀者對(duì)其有更加清晰系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)并且能遇見未來(lái)可能的發(fā)展趨勢(shì)。當(dāng)然，不同的工程要求和實(shí)驗(yàn)環(huán)境要有具體的測(cè)量方法，不可以照葫蘆畫瓢，生搬硬套。相信隨著電子科技和通信行業(yè)的發(fā)展，會(huì)有更多更好的測(cè)量介電常數(shù)的方法出現(xiàn)，為我們的日常生活、工業(yè)發(fā)展和軍事進(jìn)步做出更重大的貢獻(xiàn)。

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