漆膜介電常數(shù)介質(zhì)損耗因數(shù)測(cè)試設(shè)備介電常數(shù)測(cè)量技術(shù)在民用,，工業(yè)以及等各個(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)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(lèi)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，標(biāo)準(zhǔn)中已經(jīng)對(duì)微擾法和開(kāi)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，標(biāo)準(zhǔn)也給出了相應(yīng)的具體測(cè)量方法,?？梢?jiàn)，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。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，e0 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tand 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(kāi)式腔”法 3~30 GHz 5~100 0.0002~0.006 開(kāi)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(kāi)路

法同軸線終端開(kāi)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),，g 為傳播系數(shù)，l

 漆膜介電常數(shù)介質(zhì)損耗因數(shù)測(cè)試設(shè)備同時(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(jiàn)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(kāi)口傳輸線終端測(cè)量的方法[27],。第一種方法通過(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(méi)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(kāi)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(lèi),，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(lài)性,；4) 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]

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(kāi)發(fā)及對(duì)開(kāi)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(kāi)放腔方法的改進(jìn)也非常全面和成熟,。開(kāi)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(kāi)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_(kāi)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(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(kāi)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(kāi)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?，諧振法基本可以測(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(kāi)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,。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(lèi)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(méi)有具體的標(biāo)準(zhǔn)可以參考,。可見(jiàn),，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(jiàn)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(huà)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)展和進(jìn)步做出更重大的貢獻(xiàn),。

 參考文獻(xiàn)(References)

[1] 趙婷, 周修理, 李艷軍等. 食品物料介電常數(shù)的研究與應(yīng)用

[J]. 農(nóng)機(jī)化研究, 2012, 5(5): 233-236.

[2] 徐平, 蔡迎春, 王復(fù)明. 介電常數(shù)在路基壓實(shí)質(zhì)量檢測(cè)與評(píng)價(jià)

中的應(yīng)用[J]. 路基工程, 2008, 2: 26-28.

[3] 劉永成, 李杰, 田躍等. 復(fù)介電常數(shù)在水土污染監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

研究[J]. 環(huán)境科學(xué)與技術(shù), 2006, 8(29): 34-36.

[4] 陳有發(fā). 介電常數(shù)在地震預(yù)報(bào)中應(yīng)用的可能性[J]. 西北地震

學(xué)報(bào), 1988, 10(4): 94, 95.

[5] 趙智彪, 許志, 東. 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[J]. 半導(dǎo)體技術(shù), 2004, 29(2): 4-6, 45.

[6] 邵天奇, 任天令, 李春曉等. 高介電常數(shù)材料在半導(dǎo)體存儲(chǔ)器

件中的應(yīng)用[J]. 固體電子學(xué)研究與進(jìn)展, 2002, 22(3): 312-317.

[7] 張治文, 任越青, 楊百屯等. 粉末介質(zhì)介電常數(shù)的測(cè)量[J].

絕緣材料通訊, 1989, (2): 28-32.

[8] 鄧京川, 王魁香, 陸國(guó)會(huì). 液體介電常數(shù)的微波測(cè)量[J]. 物

理實(shí)驗(yàn), 1996, 16(3): 104-105.

[9] SJT 1147-1993, 電容器用有機(jī)薄膜介質(zhì)損耗角正切值和介電

常數(shù)試驗(yàn)方法[S]. 1993.

[10] 張皓晶, 石睿, 楊衛(wèi)國(guó), 謝雪冰, 張雄. 氣體相對(duì)介電常數(shù)r

的測(cè)量[J]. 云南師范大學(xué)學(xué)報(bào), 2005, 25(1): 14-16.

[11] GBT 1693-2007, 硫化橡膠介電常數(shù)和介質(zhì)損耗角正切值的測(cè)

定方法[S]. 2007.

[12] GBT 5597-1999, 固體電介質(zhì)微波復(fù)介電常數(shù)的測(cè)試方法[S].

1999.

[13] GBT 6113.2-1998, 無(wú)線電騷擾和抗擾度測(cè)量方法[S]. 1998.

[14] GBT 7265.1-1987, 固體電介質(zhì)微波復(fù)介電常數(shù)的測(cè)試方法微

擾法[S]. 1987.

[15] GBT 7265.2-1987, 固體電介質(zhì)微波復(fù)介電常數(shù)的測(cè)試方法

“開(kāi)式腔”法[S]. 1987.

[16] GBT 11297.11-1989, 熱釋電材料介電常數(shù)的測(cè)試方法[S].

1989.

[17] GBT 11310-1989, 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[S]. 1989.

[18] GBT 12636-1990, 微波介質(zhì)基片復(fù)介電常數(shù)帶狀線測(cè)試方法

[S]. 1990.

[19] QJ 1990.3-1990, 電絕緣粘合劑電性能測(cè)試方法工頻,、高頻

下介質(zhì)損耗角正切及相對(duì)介電常數(shù)的測(cè)量[S]. 1990.

[20] SJ 20512-1995, 微波大損耗固體材料復(fù)介電常數(shù)和復(fù)磁導(dǎo)率

測(cè)試方法[S]. 1995.

[21] SJT 10142-1991, 電介質(zhì)材料微波復(fù)介電常數(shù)測(cè)試方法同軸

線終端開(kāi)路法[S]. 1991.

[22] SJT 10143-1991 固體電介質(zhì)微波復(fù)介電常數(shù)測(cè)試方法重入

腔法[S]. 1991.

[23] SJT 11043-1996, 電子玻璃高頻介質(zhì)損耗和介電常數(shù)的測(cè)試

方法[S]. 1996.

[24] SYT 6528-2002, 巖樣介電常數(shù)測(cè)量方法[S]. 2002.

[25] GB 5654-1985, 液體絕緣材料工頻相對(duì)介電常數(shù)、介質(zhì)損耗

因數(shù)和體積電阻率的測(cè)量[S]. 1985.

[26] 洪偉年(譯). 泡沫塑料的相對(duì)介電常數(shù)[J]. 藤倉(cāng)電線技報(bào),

1984, 12(8): 71-79.

[27] 張曉萍. 測(cè)量復(fù)介電常數(shù)的一種新方法[J]. 測(cè)量復(fù)介電常數(shù)的

一種新方法, 1997, 12(4): 60-62.

[28] 田步寧, 楊德順, 唐家明等. 傳輸/反射法測(cè)量復(fù)介電常數(shù)的若

干問(wèn)題[J]. 電波科學(xué)學(xué)報(bào), 2002, 17(1): 10-15.

[29] 陳維, 姚熹, 魏曉勇. 同軸傳輸反射法測(cè)量高損耗材料微波介

電常數(shù)[J]. 功能材料, 2005, 9(36): 1356-1358.

[30] 欒卉, . 測(cè)量低損耗薄膜材料介電常數(shù)的標(biāo)量法[J]. 電波科學(xué)學(xué)報(bào), 2006, 21(5): 777-781. 放腔法改進(jìn)[J]. 微波學(xué)報(bào), 2010, 26(3): 38-43.

[31] 薛謙忠, 左元, 韓冰等. 復(fù)介電常數(shù)和磁導(dǎo)率測(cè)量的新方法[38] 李紀(jì)鵬, 龔勛, 蔡樹(shù)棒. 開(kāi)口波導(dǎo)法無(wú)損測(cè)量微波集成電路

[J]. 微波學(xué)報(bào), 2010, 8: 585-587. 基片復(fù)介電常數(shù)[J]. 微波學(xué)報(bào), 1999, 15(4): 317-322.

[32] 李素萍, 華, 張友俊等. 毫米波橢偏法測(cè)量介質(zhì)的復(fù)介[39] 彭勝, 許家棟, 韋高等. 六端口反射計(jì)測(cè)量復(fù)介電常數(shù)的改

電常數(shù)[J]. 上海大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2010, 16(4): 371-375. 進(jìn)方法[J]. 測(cè)量與校準(zhǔn), 2007, 27(2): 27-29.

[33] 徐汝軍, 李恩, 周楊等. TM0n0 圓柱腔測(cè)量介質(zhì)復(fù)介電常數(shù)[40] 孔繁敏, 陳罡午, 等. 微帶六端口介電常數(shù)在線測(cè)量系

[J]. 材料工藝, 2010, 5: 84-86. 統(tǒng)[J]. 微波學(xué)報(bào), 1997, 13(4): 301-306.

[34] 徐江峰, 陳秋靈, 倪爾瑚. 截止波導(dǎo)介質(zhì)腔介電常數(shù)測(cè)量理[41] 孔繁敏, 陳罡午, 等. 用六端口和開(kāi)口同軸線測(cè)量介電

論與方法研究[J]. 儀器儀表學(xué)報(bào), 2006, 27(10): 1322-1325. 常數(shù)的一種校準(zhǔn)方法[J]. 電子學(xué)報(bào), 1996, 24(3): 74, 75.

[35] 吳昌英, 丁君, 韋高等. 一種微波介質(zhì)諧振器介電常數(shù)測(cè)量[42] 孔繁敏, 陳罡午, 等. 六端口介電常數(shù)測(cè)量系統(tǒng)自校正

方法[J]. 測(cè)控技術(shù), 2008, 27(6): 95-97. 的研究[J]. 山東大學(xué)學(xué)報(bào), 1997, 32(4): 425-430.

[36] 于海濤, 吳亮, 李國(guó)輝. 測(cè)量介質(zhì)材料復(fù)介電常數(shù)的準(zhǔn)光腔[43] 曹玉婷, 張安祺, 尹秋艷. 基于Matlab 的介電常數(shù)測(cè)量[J].

法[J]. 材料開(kāi)發(fā)與應(yīng)用, 2010, 25(3): 54-56. 艦船電子工程, 2008, 28(4): 140-143.

[37] 桂勇鋒, 竇文斌, 姚武生等. 毫米波段復(fù)介電常數(shù)測(cè)量的開(kāi)

高壓電橋

概述：西林電橋,主要用于測(cè)量高壓工業(yè)絕緣材料的介質(zhì)損失角的正切值及電容量,。其采用了西林電橋的經(jīng)典線路,。主要可以測(cè)量電容器，互感器,，變壓器,，各種電工油及各種固體絕緣材料在工頻高壓下的介質(zhì)損耗( tgd)和電容量( Cx)以，其測(cè)量線路采用“正接法”即測(cè)量對(duì)地絕緣的試品,。電橋由橋體,、指另儀、電位組成,，本電橋特別適應(yīng)測(cè)量各類(lèi)絕緣油和絕緣材料的介損（tgd）及介電常數(shù)（ε）,。

技術(shù)指標(biāo)：

2.1  測(cè)量范圍及誤差本電橋的環(huán)境溫度為20±5℃，相對(duì)濕度為30％－80％條件下,，應(yīng)滿(mǎn)足下列表中的技術(shù)指示要求,。

在Cn＝100pF    R4＝3183.2（W）（即10K/π）時(shí)

測(cè)量項(xiàng)目測(cè)量范圍測(cè)量誤差

電容量Cx40pF--20000pF±0.5%  Cx±2pF

介損損耗tgδ0-1±1.5%  tgδx±0.0001

在Cn＝100pF      R4＝318.3（W）（即1K/π）時(shí)

測(cè)量項(xiàng)目測(cè)量范圍測(cè)量誤差

電容量Cx4pF—2000pF±0.5%  Cx±3pF

介損損耗tgδ0-0.1±1.5%  tgδx±0.0001

2.2 電容量及介損顯示精度：

　 電容量： ±0.5%  

　 介  損： ±1.5％tgdx±1×10-4

標(biāo)準(zhǔn)電容器（SF6）

概述：在每個(gè)高壓實(shí)驗(yàn)室和試驗(yàn)中，壓縮氣體標(biāo)準(zhǔn)電容器是一種必要的儀器,。在這些場(chǎng)合中,，它有許多重要的作用。在電橋電路中壓縮氣體電容器被用來(lái)測(cè)量電容器,、電纜,、套管、絕緣子,、變壓器繞組及絕緣材料的電容和介質(zhì)損耗角正切值（tgδ）,。而且，還可以用作高壓測(cè)量電容分壓裝置的高壓電容,。在某些條件下,，還可以在局部放電測(cè)量中作高壓耦合電容器、

特點(diǎn)：

電容極穩(wěn)定。

氣壓和溫度的變化對(duì)電容的影響可以忽略,。

介質(zhì)損耗極小

結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介：

外殼由絕緣套筒及鋼板制成的底和蓋組成,，底和蓋用螺栓及環(huán)緊固在絕緣套筒的兩端。在電容器的上下兩端有防暈罩,。電容器外殼內(nèi)裝有同軸高度拋光的圓柱形高低壓電極。電容器設(shè)有壓力表及氣閥,，供觀察內(nèi)部壓力及充放氣使用

技術(shù)參數(shù)：

1.電容器安裝運(yùn)行海拔不超過(guò)1000米,，使用周?chē)諝鉁囟?10℃~40℃，相對(duì)濕度不超過(guò)70%,。

2.電容器的工作頻率為100Hz,。

3.電容器實(shí)測(cè)值誤差不大于±0.05%，與標(biāo)稱(chēng)值誤差不大于±3%

4.電容器溫度系數(shù) ≤ 3×10-5 /℃

5.電容器壓力系數(shù) ≤ 3×10-3Mpa

6.電容器的損耗角正切值不大于1×10-5 ,、2×10-5 ,、5×10-5 三檔。

電容器內(nèi)充SF6氣體,。在20℃時(shí),，壓力為0.4±0.1Mpa

固體絕緣材料測(cè)試電極

本電極適用于固體電工絕緣材料如絕緣漆、樹(shù)脂和膠,、浸漬纖制品,、層壓制品、云母及其制品,、塑料,、電纜料、薄膜復(fù)合制品,、陶瓷和 玻璃等的相對(duì)介電系數(shù)（ε）與介質(zhì)損耗角正切值（tgδ）的測(cè)試本電極主要用于頻率在工頻50Hz下測(cè)量試品的相對(duì)介電系數(shù)（ε）和介質(zhì)損耗角正切值（tgδ

本電極的設(shè)計(jì)主要是參照國(guó)標(biāo)GB1409,。

本電極采用的是三電極式結(jié)構(gòu)，能有效的表面漏電流的影響,，使測(cè)量電極下的電場(chǎng)趨于均勻電場(chǎng)

主要技術(shù)指標(biāo)

環(huán)境溫度：20±5℃

相對(duì)濕度：65±5%

高低壓電極之間距離：0~5mm可調(diào)

百分表示值誤差：0.01mm(一粒1.5V氧化銀電池供電)

測(cè)量極直徑：70±0.1mm

空極tgδ：≤5×10-5

空極電容量：40±1pF

高測(cè)試電壓：2000V

實(shí)驗(yàn)頻率：50/100Hz

體積：Ф210mm H180mm

重量：6kg

高壓電源技術(shù)指標(biāo)

一,、簡(jiǎn)介

高壓電源采用*數(shù)字電路技術(shù)，測(cè)試電壓,、漏電流均為數(shù)字顯示,，可以直觀、準(zhǔn)確,、快速,、

安全的輸出高壓。

技術(shù)規(guī)格

1.輸出電壓(交流）0～10kV（±3%±3個(gè)字.a型為0～5KV）

2.漏電流(交流）MAX  20mA（±3%±3個(gè)字,可調(diào)）

3.變壓器容量：1000VA

4.輸出波形：100Hz正弦波

5.工作電壓：AC220V±10%

6.使用環(huán)境：

環(huán)境溫度：0～40℃

相對(duì)濕度：（20～90）%消

7.耗功率：大75VA

8.外形尺寸：320mm（寬）×170mm（高）×245mm（深）

9.重量：10Kg