摘要：材料的介电特性决定了其大部分的电学性能，精确的介电参数测量对于众多电子应用具有重要意义，今时今日，电气工程中的电介质问题、电磁兼容问题、生物医学、微波、电子技术、食品加工和地质勘探中，无一不利用到物质的介电特性，比如在日趋复杂的现代电子系统中，大量的新材料被广

材料的介电特性决定了其大部分的电学性能，精确的介电参数测量对于众多电子应用具有重要意义，今时今日，电气工程中的电介质问题、电磁兼容问题、生物医学、微波、电子技术、食品加工和地质勘探中，无一不利用到物质的介电特性，比如在日趋复杂的现代电子系统中，大量的新材料被广泛的应用到各种电子系统中。作为介质材料被应用的场景很多，例如PCB的基板材料、天线的天线罩、大功率真空器件使用的陶瓷材料、液晶材料等。正因此，对介电常数的准确测量也提出了要求。目前对介电常数测量方法的应用可以说遍及民用、工业、国防军工的各个领域。典型的应用场景如下表所示：

在这些应用场景中，用户需要对材料的电气性能，尤其是作为介质的电气性能有足够准确的评估和认识，以便缩短设计周期、提升产品质量。这些性能由一组介电性能参数来描述。通过对介质材料的介电性能进行准确测量，可以为研发、设计和生产场景提供第一手的数据，以便优化设计、改善工艺。

材料测试系统

材料测试系统包括了测试仪表、测试夹具和测量分析软件。其中测试仪表矢量网络分析仪是整个测试系统的核心。

网络分析仪通过测量材料在高频激励信号作用下的反射和透射特性计算得到材料的介电特性参数，包括介电常数和磁导率。下图为网络分析仪的结构框图，从框图中可以看出，网络分析仪主要由激励源、接收机、信号分离装置和显示处理单元组成。

玖锦目前的VNA，ENA，UNA和MNA多个系列，频率范围通过扩频模块后可以达到330 GHz。

材料测试方法

下表为不同测试方法的可测参数及特点，在选择测试方法时，需要考虑如下问题：

介质谐振器法

（1）技术指标

（2）设备原理

该方法是将被测介质样品置于两块无穷大金属平板的中间，圆柱形介质谐振器的两个端面由金属平板短路，以形成谐振单元，如下图所示。

该方法使用TE 0np模作为测试用的谐振模，由电场在边界处连续的条件，得出TE 0np 谐振模的本征方程。该方程为超越方程，其含有第一类Bessel 函数和第二类修正Bessel 函数。它表征了谐振频率f 0、相对介电常数r 和谐振器尺寸之间的关系。谐振单元的场结构与理论分析的一致，所以这种测试方法的精确极高。但该方法对被测介质样品的尺寸有严格要求。样品的尺寸要由介电常数的大致范围和测试频率来确定。

分离式谐振腔法

（1）技术指标

本系统主要用于测量片状的介电常数和损耗角正切，测量频率为7GHz~40GHz。利用分离谐振腔测试夹具对材料的介电常数、损耗角正切进行快速自动化测试。

该方法测试灵敏度高，可兼顾微米级薄膜材料的复介电常数高精度测试，系统的具体技术指标如下：

（2）设备原理

分离式谐振腔法将谐振腔在轴向上分成上下两个腔体，测试样品放在上下腔体之间，利用腔内TE0mn模式来测量样品的复介电常数，如下所示。由于在加载样品后，谐振腔的频率和品质因数会有一定变化，该谐振腔的谐振频率f0与样品材料的介电常数相关，其固有品质因数Q与样品材料的介质损耗角正切相联系。因此，应用分离式谐振器法测试介质基片的复介电常数可以归结为对分离式谐振器谐振频率和固有品质因数的测量。通过测量谐振腔体加载试样前后的谐振频率和无载品质因数的变化，就可以利用公式计算得出介质材料的复介电常数。

微扰法

（1）技术指标

（2）设备原理

微波信号首先由矢量网络分析仪的一个测试端口，经过转换接头送入到耦合装置，进入到测试腔体中，后又经过另一耦合装置与转换接头进入到矢量网络分析仪。通过测量该传输信号，通过测试得到空腔和加载测试样品后的谐振频率和品质因数，通过理论分析计算得到被测样品在不同频率下的介电常数和损耗角正切。

高Q腔法

（1）技术指标

（2）设备原理

高Q腔法测试原理是基于微波谐振腔的品质因数（Q值）来测量材料的介电特性。当微波信号注入到一个高Q值的谐振腔中时，腔体内的电磁场会达到共振状态。此时，腔体的Q值会受到腔内填充材料的介电常数和损耗正切的影响。通过测量腔体在有材料和无材料时的Q值变化，可以计算出材料的介电常数和损耗正切。高Q腔法测试具有高灵敏度和高准确度的特点，适用于测量低损耗材料的介电特性。

带状线法

（1）技术指标

（2）设备原理

被测介质基片、良导体金属片和夹在两介质基片之间的薄导带可以构成典型的带状传输线。当一段带状线两端都是开路时就可以形成一个谐振回路，该回路的谐振频率f0与基片材料的介电常数相关，其固有品质因数Q与基片材料的介质损耗角正切 相联系。因此，应用带状线谐振器法测试介质基片的复介电常数可以归结为对带状线谐振器谐振频率和固有品质因数的测量。通过测量获得的谐振频率和固有品质因数就可以利用公式计算得出介质材料的复介电常数。

准光腔法

（1）技术指标

（2）设备原理

准光腔（平凹腔）法采用平凹腔的TEM00n模，利用此方法进行测试，的可测范围为1.05～10.0，损耗角正切的可以范围为2×10-4～1.5×10-2。利用一腔多模技术、模式识别技术和杂模抑制技术，现已成功研制出利用平凹腔法进行宽频测试的系统。该谐振腔的谐振频率f0与基片材料的介电常数相关，其固有品质因数Q与基片材料的介质损耗角正切tanδ相联系。因此，应用准光腔法测试介质基片的复介电常数可以归结为对准光腔谐振频率和固有品质因数的测量。

传输反射法——波导及同轴测试设备

（1）技术指标

（2）设备原理

传输反射法测试原理是基于电磁波在不同介质界面上的反射和透射特性来检测材料或结构内部缺陷的一种无损检测技术。当电磁波入射到两种不同介质的界面上时，部分能量会被反射回来，而另一部分则会透射进入第二种介质。通过分析反射波和透射波的特性，可以推断出材料内部的结构和缺陷情况。在实际应用中，通常使用特定频率的电磁波，如微波或超声波，通过发射器发送到被测物体上，然后通过接收器检测反射回来的信号。通过比较发射信号和接收信号的幅度、相位和时间延迟等参数，可以对材料的均匀性、厚度、密度以及内部缺陷等进行评估。

传输反射法——自由空间

（1）技术指标

（2）设备原理

自由空间法测试原理是基于电磁波在自由空间中传播的特性来测量材料的电磁参数，如介电常数和磁导率。该方法不需要使用任何特定的测试夹具或样品支撑结构，因此可以避免夹具引起的误差。测试时，将待测材料放置在两个天线之间，通过测量天线之间的传输和反射参数，可以计算出材料的电磁特性。自由空间法适用于各种形状和尺寸的样品，包括薄膜、板材和块状材料。

传输反射法——反射率

（1）技术指标

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来源：新一线电子技术说