薄膜塑料介電常數(shù)測定儀顯示方式 :直讀, Δ, Δ%

觸發(fā)方式 :內(nèi)部, 手動(dòng), 外部, 總線

內(nèi)部直流偏 :電壓模式-5V ～ +5V, ±(10%+10mV), 1mV步進(jìn)

置源 :電流模式（內(nèi)阻為50Ω）-100mA ～ +100mA, ±(10%+0.2mA),20uA步進(jìn)

比較器功能:10檔分選及計(jì)數(shù)功能

顯示器;320×240點(diǎn)陣圖形LCD顯示

存儲(chǔ)器 :可保存20組儀器設(shè)定值

USB DEVICE( USBTMC and USBCDC support) USB HOST(FAT16 and FAT32 support)

接口 :LAN(LXI class C support) RS232C HANDLERGPIB（選件）

工作頻率范圍：20Hz～2MHz 數(shù)字合成，

精度：±0.02%

電容測量范圍：0.00001pF～9.99999F 六位數(shù)顯

電容測量基本誤差：±0.05%

損耗因素D值范圍：0.00001～9.99999 六位數(shù)顯

介電常數(shù)測試裝置（含保護(hù)電極）： 精密介電常數(shù)測試裝置提供測試電極，能對直徑φ10～56mm，厚度<10mm的試樣精確測量。

它針對不同試樣可設(shè)置為接觸電極法，薄膜電極法和非接觸法三種，以適應(yīng)軟材料，表面不平整和薄膜試樣測試。

微分頭分辨率：10μm

最高耐壓：±42Vp（AC+DC）

電纜長度設(shè)置：1m

最高使用頻率：30MHz

是相對介電常數(shù)， A ( e

r ) 是聯(lián)系相對介電常數(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 即可方便求出相對介電常數(shù)。利用此方法可以測量幾乎

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，對于介電常數(shù)的測量提出了新的挑戰(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。近年來對于諧振法又有新的方法不斷出現(xiàn)和改善。

圓柱腔測量介電常數(shù)法是我國在1987 年推出的測量介電常數(shù)的方法，經(jīng)過了對測試夾具的研究和開發(fā)及對開縫腔體的研究，測試結(jié)果更為準(zhǔn)確。其頻率測試范圍大約為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，其對于相對介電常數(shù)εr 的測量相對準(zhǔn)確，但對于損耗角tanβ 測量誤差比較大。2006 年有人提出截止波導(dǎo)介質(zhì)腔測量介電常數(shù)，可同時(shí)測量微波損耗和介電常數(shù)，但只能夠用來測量相對介電常數(shù)大于10 的樣品[34]。同時(shí)，因?yàn)槠叫邪彘_式腔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，有人提出通過在饋電側(cè)上下金屬板間增加短路板用來阻止輻射損耗，并且設(shè)計(jì)

制作了相應(yīng)系統(tǒng)，可以通過單端口工作，對圓柱形介質(zhì)進(jìn)行測試[35]。近兩年出現(xiàn)了很多對于開式腔的改進(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)測量系統(tǒng)，不僅操作簡便，而且其測量的相對介電常數(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、使用簡便、不損傷薄膜、靈敏度高、樣品放置容易、能檢測大面積介質(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)行測量[36]?？偠灾C振法基本可以測量所有頻率范圍內(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)備簡單、操作方便以及測量精度高等優(yōu)點(diǎn)；但是對于損耗正切的測量一直不能十分準(zhǔn)確，同時(shí)一般只能在幾個(gè)分離的頻率點(diǎn)上進(jìn)行測量；同時(shí)因?yàn)橹C振頻率和固有品質(zhì)可以較準(zhǔn)確測量，非常適用于對低損耗介質(zhì)材料的測量。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)法的腔長精確性長期被忽略；提取相對介電常數(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，通過測得傳輸和反射系數(shù)，改變樣

品數(shù)據(jù)和頻率來得到介電常數(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。

六端口測量技術(shù)

另外，還有一種方法為六端口測量技術(shù)。其測量系統(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 年展起來的一項(xiàng)微波自動(dòng)測量技術(shù)，具有造價(jià)低廉和結(jié)構(gòu)簡單等優(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)在線測量中。六端口技術(shù)是一種通過測量標(biāo)量來替業(yè)在線測量中。六端口技術(shù)是一種通過測量標(biāo)量來替測量[40]。因此其對設(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，有利于微波阻抗和網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的自動(dòng)測量。

早在20 世紀(jì)90 年代，我國的學(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)測量系統(tǒng)，提出了選用測量低損耗介質(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]。總而言之，六端口網(wǎng)絡(luò)可以在寬頻率范圍內(nèi)進(jìn)行測量，目前NIsT 實(shí)驗(yàn)室的六端口系統(tǒng)可以測量10 MHz 到100 GHz 的頻率范圍；六端口網(wǎng)絡(luò)有較高的精度，對 s 參數(shù)的測量可以達(dá)到點(diǎn)頻手動(dòng)測量的水準(zhǔn)；與自動(dòng)網(wǎng)絡(luò)分析儀比較，結(jié)構(gòu)簡單，成本低，體積?。豢梢酝ㄟ^計(jì)算機(jī)及其軟件對測量進(jìn)行優(yōu)化和計(jì)算，更利于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。

3.6.測量方法總結(jié)

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

4. 結(jié)論介電常數(shù)的測量技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用于生產(chǎn)生活的各個(gè)方面，其測量的標(biāo)準(zhǔn)也十分明確。標(biāo)準(zhǔn)中能夠測量的頻率范圍已經(jīng)覆蓋50 MHz 以下及100 M 到30 GHz。但是其對測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。而就測量方法而言，幾種主要的測量方法各有利弊。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)方法對于高損和薄膜等材料不太適用，方法簡單準(zhǔn)確；諧振法只能在有限頻率點(diǎn)下進(jìn)行測量，適用于低損材料，方法簡單準(zhǔn)確、單模性好；自由空間法準(zhǔn)確性相對較差，但是可以實(shí)現(xiàn)實(shí)地測量；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。

高頻介質(zhì)樣品（選購件）： 在現(xiàn)行高頻介質(zhì)材料檢定系統(tǒng)中，檢定部門為高頻介質(zhì)損耗測量儀提供的測量標(biāo)準(zhǔn)是高頻標(biāo)準(zhǔn)介質(zhì)樣品。該樣品由人工藍(lán)寶石，石英玻璃， 氧化鋁陶瓷，聚四氟乙烯，環(huán)氧板等材料做成Φ50mm，厚1～2mm測試樣品。用戶可按需訂購，以保證測試裝置的重復(fù)性和準(zhǔn)確性。

薄膜塑料介電常數(shù)測定儀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) 被測量的頻率范圍比較寬；3) 與傳統(tǒng)方法相比了介電常數(shù)測量對樣品長度和參考面的位置的依賴性；4) 了NRW 方法在某些頻點(diǎn)測量的不確定性[31]。還有人將橢圓偏振法的電些頻點(diǎn)測量的不確定性[31]。還有人將橢圓偏振法的電法用測量樣品反射波或者投射波相對于入射波偏振狀態(tài)的改變來計(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，但它對橢圓偏振法的進(jìn)一步研究提供了重要的參考依據(jù)[32]