矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)量材料介電常數(shù)具體方法及優(yōu)缺點(diǎn)

　　在安泰測(cè)試之前的文章中大家了解到矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)量材料介電常數(shù)的優(yōu)勢(shì)，那么具體如何使用網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行測(cè)量呢，安泰測(cè)試今天為大家介紹同軸探頭法、傳輸線法、自由空間法、拱形法、諧振腔法、平行板電容法和電感測(cè)量法七種具體測(cè)試方法，感興趣的建議收藏哦。

　　一、同軸探頭法

　　通過(guò)將探頭浸入液體或用其接觸固體 (或粉末) 材料的平坦表面，網(wǎng)分儀通過(guò)測(cè)量S11再換算到介電常數(shù)。

　　1、對(duì)被測(cè)材料要求：液體、軟質(zhì)整合固體(表面平整能夠與探頭緊密貼合無(wú)空氣間隙)、半固體， “半無(wú)限” 厚度、非磁性、各向同性和均質(zhì)、無(wú)空隙

　　2、 覆蓋頻率范圍(由探頭決定)：200MHz-50GHz

　　3、測(cè)試主機(jī)：Keysight 全系列網(wǎng)分、E4991A/B阻抗分析儀

　　4、Keysight測(cè)試軟件N1500A-004

　　5、Keysight探頭套件N1501A，包含三種

　　a) 高溫探頭N1501A-101

　　頻率200MHz至20GHz，采用玻璃金屬密封結(jié)構(gòu)，能夠防止化學(xué)品的腐蝕或摩擦。探頭能夠承受–40至 +200℃ 的溫度范圍，可測(cè)量材料特性隨頻率和溫度的變化。大邊緣使探頭能夠?qū)ζ矫婀腆w材料、液體和半固體材料進(jìn)行測(cè)量。

　　b) 細(xì)長(zhǎng)探頭N1501A-102

　　頻率500MHz至50GHz，能夠輕松地裝進(jìn)發(fā)酵罐、化學(xué)反應(yīng)室或其他小孔徑的設(shè)備中。同時(shí)，細(xì)長(zhǎng)的設(shè)計(jì)還使它能夠適用于更小的樣品體積。該探頭最適用于測(cè)量液體和柔潤(rùn)的半固體。對(duì)于可澆鑄材料，探頭的價(jià)格足夠經(jīng)濟(jì)，可伸入到材料中無(wú)需取回。這種探頭用作消耗品，因此以三個(gè)一套的方式提供，還可以另購(gòu)備件。

　　c) 高性能探頭N1501A-104

　　頻率500MHz至50GHz，細(xì)長(zhǎng)設(shè)計(jì)融合了出色的堅(jiān)固性和耐高溫性以及寬頻率范圍。探頭的探針端和連接器端都經(jīng)過(guò)密封，因此是最堅(jiān)固耐用的探頭。探頭能夠承受–40至 +200℃的溫度范圍，因此可以測(cè)量材料特性隨頻率和溫度的變化。探頭經(jīng)過(guò)熱壓處理，非常適合滅菌要求很高的食品、醫(yī)藥和化工行業(yè)應(yīng)用。

　　6、同軸探頭法的優(yōu)點(diǎn)：可利用Ecal實(shí)時(shí)更新校準(zhǔn)，方便易用、基本無(wú)需對(duì)樣品加工、非破壞性、頻率寬.

　　7、 同軸探頭法缺點(diǎn)：不適合高εr’，低εr”材料、要求厚度>1cm(典型值)、固體材料要求表面足夠平、精度有限：εr’±5%、不能測(cè)量μr

　　二、傳輸線法

　　傳輸線法需要將材料置于一部分封閉的傳輸線內(nèi)部。線路通常是一段矩形波導(dǎo)或同軸空氣線。介電常數(shù)根據(jù)反射信號(hào) (S 11) 和發(fā)射信號(hào) (S 21) 的測(cè)量結(jié)果計(jì)算得出。

　　1、對(duì)被測(cè)材料的要求：固體，且尺寸可精確塑型為環(huán)狀或者方塊狀，表面足夠光滑保證樣品填充滿夾具不留間隙。

　　2、覆蓋頻率范圍：覆蓋100MHz至1.1THz，由空氣線或者波導(dǎo)頻率決定

　　3、測(cè)試主機(jī)：Keysight 全系列網(wǎng)分(除N9912A)

　　4、Keysight測(cè)試軟件：N1500A-001

　　5、Keysight夾具：空氣線 (如85051-60010 7mm空氣線100MHz至18GHz) 、波導(dǎo)腔（如K11644A 18GHz至26.5GHz)

　　6、傳輸線法優(yōu)點(diǎn)：頻率范圍寬、夾具簡(jiǎn)單、能測(cè)試εr和μr

　　7、傳輸線法缺點(diǎn)：對(duì)材料可塑形要求高，不易保證尺寸加工精度、不適合測(cè)量低損耗材料，精度±2%，液體需特制夾具。

R&S®ZNLE 矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀

　　三、自由空間法

　　該方法將材料填充在兩根天線之間以進(jìn)行非接觸測(cè)量。

　　1、 對(duì)材料要求：大平面固體材料、平坦、平行表面、均勻，使用特制夾具可測(cè)量粒狀和粉狀材料

　　2、覆蓋頻率：100MHz至1.1T，受限于樣品尺寸

　　3、 測(cè)試主機(jī)：Keysight 全系列網(wǎng)分(除N9912A)

　　4、 Keysight測(cè)試軟件：N1500A-001

　　5、 夾具：喇叭天線、天線固定及對(duì)準(zhǔn)平臺(tái)(建議在微波暗室中測(cè)試以減少外界環(huán)境影響)

　　6、自由空間法優(yōu)點(diǎn)：不用接觸， 非破壞性、高頻、適合于高溫測(cè)試、可以測(cè)量磁性物質(zhì)，各向異性材料

　　7、自由空間法缺點(diǎn)：需特制校準(zhǔn)件、精確控制樣品與天線的距離、不適合低損材料

　　四、拱形法

　　NRL 拱形測(cè)試法由美國(guó)海軍研究實(shí)驗(yàn)室首先提出，這種實(shí)用技術(shù)可用于測(cè)量材料的變角度吸收特征。典型設(shè)置是將網(wǎng)絡(luò)分析儀連接到兩個(gè)號(hào)角天線，固定在被測(cè)材料上方或下方的一個(gè)拱形電樞上。一根天線用作發(fā)射天線，另一根可以接收反射信號(hào)，以完成單端口測(cè)量。樣品應(yīng)是在 “遠(yuǎn)場(chǎng)”。

　　1、對(duì)材料要求：大平面固體材料、平坦、平行表面、均勻，使用特制夾具可測(cè)量粒狀和粉狀材料

　　2、覆蓋頻率：100MHz至1.1THz

　　3、測(cè)試主機(jī)：Keysight PNA系列網(wǎng)分、E5071C

　　4、Keysight測(cè)試軟件：N1500A-002

　　5、夾具：喇叭天線、拱形、吸波材料等

　　6、 拱形法優(yōu)點(diǎn)：非接觸， 非破壞性、高頻、適合吸波材料測(cè)試、可以測(cè)量磁性物質(zhì)

　　7、 拱形法缺點(diǎn)：需特制校準(zhǔn)件、精確控制樣品與天線的距離、不適合低損材料

　　五、諧振腔法

　　諧振腔測(cè)試法使用網(wǎng)絡(luò)分析儀來(lái)測(cè)量諧振頻率和諧振腔體夾具的Q值，在測(cè)試開(kāi)始時(shí)是空白設(shè)置，隨后加載被測(cè)樣品。當(dāng)已知樣品的體積和諧振腔的其他參數(shù)時(shí)，通過(guò)這些測(cè)量來(lái)計(jì)算介電常數(shù)。

　　1、 對(duì)材料要求：樣品切條，平坦薄片，厚度約0.05mm~5mm，典型值為1mm

　　2、覆蓋頻率：1GHz至15GHz，一個(gè)諧振腔對(duì)應(yīng)一個(gè)頻點(diǎn)

　　3、 測(cè)試主機(jī)：Keysight 全系列網(wǎng)分(除N9912A)

　　4、 Keysight測(cè)試軟件：N1500A-003

　　5、 夾具：諧振腔，如Keysight 85072A、QWED諧振腔等

　　6、 諧振腔法優(yōu)點(diǎn)：精度高達(dá)±1%，對(duì)樣品尺寸加工要求不高，非常適合低損材料測(cè)試

　　7、 諧振腔法缺點(diǎn)：不支持寬帶測(cè)試，單個(gè)諧振腔可測(cè)頻率窄，分析比較復(fù)雜

　　六、平行板電容法

　　使用阻抗分析儀，將被測(cè)材料置于平行板電極之間，通過(guò)測(cè)試電容值計(jì)算出介電常數(shù)。

　　1、對(duì)材料要求：表面光滑且均勻薄片或者薄膜，不同夾具對(duì)厚度和直徑有要求

　　2、覆蓋頻率：1MHz至1GHz

　　3、 測(cè)試主機(jī)：Keysight E4991B、E4990A、E4980A/AL

　　4、Keysight測(cè)試軟件：N1500A-005

　　5、夾具：16451B、16453A，液體材料使用16452A

　　6、諧振腔法優(yōu)點(diǎn)：適合平板材料、薄膜材料、價(jià)格經(jīng)濟(jì)、精度高可達(dá)±1%

　　7、諧振腔法缺點(diǎn)：測(cè)試頻率低、對(duì)材料尺寸要求高，不支持測(cè)試磁導(dǎo)率

　　七、電感測(cè)量法

　　僅針對(duì)磁性材料測(cè)試磁導(dǎo)率，它可通過(guò)含有閉合環(huán)路（例如環(huán)形磁芯）的磁芯電感器的自感推導(dǎo)得出。

　　1、對(duì)材料要求：環(huán)形磁芯結(jié)構(gòu)

　　2、覆蓋頻率：1 kHz 至 1 GHz

　　3、測(cè)試主機(jī)：Keysight E4990A、E4980A/AL

　　4、Keysight測(cè)試軟件：N1500A-006

　　5、夾具：16454A

　　6、諧振腔法優(yōu)點(diǎn)：精度高可達(dá)±1%、操作簡(jiǎn)單

　　7、諧振腔法缺點(diǎn)：測(cè)試頻率低、僅測(cè)試磁導(dǎo)率

　　本文介紹了測(cè)量材料介電常數(shù)的方法以及這七種方法的利弊，希望能對(duì)大家有所幫助。如果大家在使用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀過(guò)程中有什么問(wèn)題，歡迎訪問(wèn)安泰測(cè)試：http://www.nfrol.com