同惠 TH2851 系列高頻 LCR 測試儀實現材料介電特性精準測量的方式

在材料研究與電子元件制造領域，精準掌握材料的介電特性至關重要。同惠 TH2851 系列高頻 LCR 測試儀憑借其卓越的性能，成為實現材料介電特性精準測量的有力工具。它主要通過先進的硬件架構、精確的測試方法、智能的軟件算法和嚴格的校準流程來達成這一目標。

先進的硬件架構

寬頻信號源

TH2851 系列配備了頻率范圍為 10Hz 至 130MHz 的寬頻信號源，這使得它能夠在不同頻段下對材料的介電特性進行全面分析。對于低頻響應明顯的材料，可選用較低頻率進行測試，以獲取其基礎介電參數；而對于高頻應用的材料，如高頻電路板的基板材料，高頻段的測試能精準捕捉其在實際工作環境下的介電性能變化。信號源輸出阻抗具備靈活性，可在 30Ω 或 100Ω 間切換，從而適配不同測試環境，確保信號傳輸穩定且精準，減少因阻抗不匹配導致的信號衰減或畸變，為準確測量材料介電特性奠定堅實基礎。

高分辨率 ADC

儀器采用的 24 位 ΔΣ 型 ADC，擁有高達 120dB 的動態范圍，這一特性顯著增強了對微弱信號的檢測能力。在測量低介電常數或低損耗材料時，信號往往較為微弱，普通分辨率的 ADC 可能無法準確捕捉信號細節，導致測量誤差增大。而 TH2851 系列的高分辨率 ADC 能夠有效降低量化誤差，將信號的細微變化精確轉換為數字量，為后續的數據分析提供高精度的數據基礎，從而提升對低介電常數材料介電特性測量的準確性和可靠性。

低寄生參數測試夾具

在高頻測試中，寄生參數對測量結果的干擾不容忽視。TH2851 系列優先采用四端開爾文（4TOS）測試夾具，這種夾具通過獨立的電流 / 電壓路徑設計，能夠有效消除線纜及接觸電阻帶來的影響。當測量高頻下的介電材料時，寄生電感和電容可能會與材料本身的介電特性相互疊加，造成測量結果偏差。使用低寄生電感（<0.2nH）的 SMD 夾具，可顯著減少此類干擾，尤其在 1MHz 以上的高頻場景中，能確保高頻電容測量的精度，使測量結果更真實地反映材料的固有介電特性。

電磁屏蔽與接地設計

為營造穩定的測試環境，儀器采用雙層屏蔽機箱，內層銅箔與外層穆金屬的組合能有效抑制外界電磁干擾，包括常見的工頻干擾和復雜的射頻干擾。內部接地系統經過精心優化，將儀器地、信號地、電源地分開布線，避免地線環路干擾。在材料介電特性測量過程中，外界電磁干擾可能會在測試電路中引入額外噪聲，影響測量信號的純凈度。TH2851 系列的良好屏蔽與接地設計，能夠為測量提供穩定的內部環境，確保測量信號不受外界干擾，從而保證測量結果準確反映材料的介電特性。

精確的測試方法

自動平衡電橋技術

TH2851 系列基于自動平衡電橋原理進行設計，這一技術在寬頻率范圍（10Hz - 130MHz）和寬阻抗范圍（1mΩ - 100MΩ）內都能實現理想的測量精度，最高精度可達 0.08%。在測量材料介電特性時，自動平衡電橋能夠快速、準確地檢測電橋的不平衡狀態，并通過反饋機制自動調整，使電橋達到平衡。材料的介電特性會影響電橋的平衡狀態，通過精確測量平衡時的參數，可反推出材料的介電常數和損耗角等關鍵特性參數，其高精度特性為材料介電特性的精準測量提供了有力保障。

四端對測試配置

采用四端對的端口配置方式，可有效消除測試線電磁耦合的影響。在高頻測試中，測試線之間的電磁耦合會產生額外的寄生參數，干擾材料介電特性的測量。四端對配置通過將激勵電流和檢測電壓的傳輸分開，使檢測電壓端幾乎不受測試線電阻和電磁耦合的影響，從而能夠準確測量材料兩端的真實電壓，提高了測量的準確性。相較于常規五端配置的儀器，TH2851 系列將低阻抗測試能力的下限向下擴展了十倍，更有利于精確測量低阻抗材料的介電特性。

智能的軟件算法

數字濾波技術

儀器引入 IIR/FIR 濾波器，專門用于濾除工頻諧波干擾，確保測量信號的純凈度。在實際測試環境中，電網的工頻諧波干擾廣泛存在，會對測量信號造成污染，尤其是在對材料介電特性進行精密測量時，這些干擾可能導致測量結果出現偏差。IIR/FIR 濾波器能夠針對性地識別并去除這些工頻諧波干擾，使測量信號更加純凈，為準確分析材料介電特性提供可靠的數據基礎，有效提升測量結果的準確性。

誤差補償算法

結合內置溫度傳感器，建立三維誤差補償模型，實時修正因溫度漂移導致的材料參數變化。材料的介電特性對溫度較為敏感，微小的溫度變化都可能引起介電常數和損耗角的改變。TH2851 系列的誤差補償模型能夠根據溫度傳感器實時監測到的環境溫度，對測量數據進行動態調整。當溫度升高時，模型會自動對測量得到的介電常數和損耗角進行修正，將溫度對測量結果的影響控制在極小范圍內，從而保證在不同溫度環境下都能獲得準確的材料介電特性測量結果。同時，通過機器學習算法對歷史測量數據進行深度分析，能夠動態調整激勵電平與積分時間，優化不同阻抗值材料測量時的信噪比，進一步提高測量精度。

嚴格的校準流程

自動校準功能

儀器具備自動校準功能，建議每 24 小時使用精度高達 0.01% 的標準電容、電感等對全量程進行校準。在校準過程中，采用最小二乘法優化校準系數，確保校準的準確性和可靠性。由于儀器在長時間使用過程中，內部元器件的性能可能會發生微小變化，導致測量結果出現偏差。自動校準功能能夠及時消除這些系統誤差，使儀器始終保持在最佳測量狀態，保證對材料介電特性測量結果的長期穩定性和準確性。

開路、短路和負載校準

支持對當前設定頻率點進行開路、短路和負載校準，可提供 201 個校正點。這種校準方式能夠針對不同的測試頻率和實際測試情況，對測量結果進行精確修正。在測量材料介電特性時，測試夾具與材料之間的接觸情況、測試環境的微小變化等因素都可能引入誤差。通過開路、短路和負載校準，能夠對這些因素導致的誤差進行有效補償，使測量結果更準確地反映材料的真實介電特性。

智能歸零功能

智能歸零功能通過多點校準消除系統誤差，確保每次測試的基準一致性。在每次測試前，該功能自動對儀器進行零點校準，避免零點漂移對測量結果的影響。材料介電特性的測量對起始基準的準確性要求極高，零點漂移可能會使測量結果產生較大偏差。智能歸零功能通過多點校準，精確確定零點位置，為材料介電特性的測量提供穩定、準確的起始基準，進一步提高測量的準確性。

通過上述先進的硬件架構、精確的測試方法、智能的軟件算法以及嚴格的校準流程，同惠 TH2851 系列高頻 LCR 測試儀能夠實現對材料介電特性的精準測量，滿足材料研發、電子元件制造等領域對高精度介電特性測量的嚴苛需求。