介電常數(shù)測(cè)試儀測(cè)量介電常數(shù)的幾種主要方法

從總體來(lái)說，目前介電常數(shù)測(cè)試儀測(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。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：

(1)

其中，Y為導(dǎo)納，A為電容面積，d為極板間距離，ε0為空氣介電常數(shù)，ω為角頻率。

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，通過測(cè)量網(wǎng)絡(luò)的s參數(shù)來(lái)得到微波的電磁參數(shù)。

3.3. 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

(6)

其中ε’是復(fù)介電常數(shù)實(shí)部，ε’’是復(fù)介電常數(shù)虛部，Q是品質(zhì)因數(shù)，tanδ是損耗角正切，f0是無(wú)樣品時(shí)的諧振頻率。

3.4. 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。

介電常數(shù)測(cè)試儀介電常數(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。可見，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。