材料测试的重要性

每一种材料都有其独特的特性。精确的材料测试特性能够为工程师和科研工作者能提供更有效，精确的材料测试信息，使得我们更了解应用的材料，更好地进行设计研究工作。举个简单的例子，电路板，PCB板都是由特定的材料，如果我们精确知道索要应用的材料的电磁特性，就可以预先评估电缆上的介质损耗；特性阻抗等信息，这些信息对于信号完整性来说是至关重要的。

不同类型的材料在电子/通信等领域的应用越发广泛，随之而来的对这些材料电磁性能参数的精确表征也是大家经常面对的介电常数测试需求。例如，随着一些新兴的入体式医疗设备以及可穿带设备的应用，对生物组织、相关液体以及食品类的材料测试提出了更深入的测试要求。

常规材料测试挑战

对于这一类材料（生物组织、液体、粉末以及半固体等），通常很难进行外形的精确加工，从而配合常规材料测试夹具进行介电特性的测试。所以采用什么样的测试方法在不影响材料本身物理特性的情况下完成特性表征，成了相关应用领域需要面对的主要问题。

介电特性是指物质分子中的束缚电荷(只能在分子线度范围内运动的电荷)对外加电场的响应特性,它主要由相对介电常数εr'、相对介质损耗因数εr〃、介质损耗角正切tanδ和介质等效阻抗等参数来表征。

油和水（纯净的水）都属绝缘体。但纯净的水的介电性能远远高于油。拿相对介电常数来讲，水的介电常数是81，而变压器油的在3-5之间。一些参考和有机电介质的典型 ε 值为：

介电材料:放在平板电容器中增加电容的材料。

电介质:在电场作用下能建立极化的物质。

感应电荷(束缚电荷):在真空平板电容器中嵌入一块电解质加入外电场时，在整机附近的介质表面感应出的负电荷，负极板附件的介质表面感应出的正电荷。

主要应用：
在生产收音机和其他电气设备中使用的电容器时使用材料。电路设计人员常用来比较不同的印刷电路板 (PCB) 材料。此外，还可用于开发储能应用的材料，例如，聚合物基介电复合材料非常适合从电子封装、嵌入式电容器到能量存储的应用。这些复合材料在加工温度低的情况下具有高度的柔韧性，并且它们表现出相对高的介电常数、低介电损耗和高介电强度。

是德科技和您谈谈介电测试原理。今天我们将介绍介电常数是什么意思? (介电常数英文Permittivity)并讨论介电常数和导磁率两种介电特性。必须注意，介电常数和导磁率不是恒定不变的。频率、温度、方向、混合、压力和材料分子结构等因素都可能对它们产生影响，使它们发生变化。此外，我们还介绍了材料介电常数和导磁率常用的六种测试方案。在文末還分享了材料测试的最新案例！！！

材料电磁特性测试

材料的电磁特性测试是电子通信应用中研究、设计以及生产中的关键环节. 或者说基础环节。材料的电磁特性直接影响了最终产品的性能的高低。材料的电磁特性的测试对于广大的电子工程师以及厂家都是非常重要的。而我们是德科技在材料测试这方面也拥有这诸多的解决方案。已经为客户推出了非常多的简单高效，精确的解决方案。那么今天我们就一起来看下我们的关于材料电磁特性测试的解决方案。

材料的主要一个应用是用来进行高速或者高频信号的传输，比如制作成微带线，微带线的特征阻抗就会直接影响信号的传输质量，而特征阻抗是和材料的介电常数直接相关的。另外像天线或者天线罩，材料的介电常数会决定其技术指标。

材料的介电常数会直接影响到微带传输线的特性阻抗，天线的性能以及天线罩的性能。

电子设备都有EMI测试要求，要求材料能够提供良好的屏蔽效能

监测海水净化过程中液体的介电常数变化，可以定量评估净化水质的好坏

医疗方面，通过人体软组织介电常数的变化可以判断出一个肿瘤是良性还是恶性

5G，新能源汽车以及汽车雷达等应用对介电常数等测试提出了更高的要求。这些领域技术的演进包括對介电常数、磁导率、导电率的需求。我们不仅需要准确地测量和分析材料的的介电常数和磁导率，还需要对低损耗材料，高频材料进行电磁特性分析（频率甚至高达 THz）。

5G，毫米波雷达，无线充电，食品等都是目前市场材料电磁特性研究的主要方向。客户需要测量RF和mmWave频率范围内材料的属性，以便为新兴应用设计模块，通常这类型的材料的客户不熟悉RF或uW / mmWave测量方法。国内5G主要颁布的频段是24.75-27.5GHz 37-42.5GHz，这些频段的大气损耗相对低，适用于长距离通信。为了满足日益增长的数据传输的需求，大带宽，高级调制和MIMO技术都将应用于5G通信。汽车雷达主要应用频率是 24 GHz和 77 GHz，信号带宽高达 4 GHz，对于中短程的 24 GHz雷达主要用于自动泊车，盲点监控，而77 GHz 的远程雷达则应用于智能驾驶，对材料的各项指标有着严苛的要求。

介电测试原理

介电常数是什么意思？

材料如果在受到外部电场作用时能够储存电能，就称为 "电介质"。

介电常数描述了材料与外加电场间的相互作用，介电常数的实部 (ε r‘ ) 表示外部电场有多少电能储存到材料中。 介电常数的虚部(ε r“) ， 表示材料中有多少电能耗散到外部电场。同样磁导率表示的是材料与外加磁场之间的相互作用。

通常我们说的介电常数都是相对介电常数，表示相对于真空中介电常数的数值。

自由空间介电常数e0是8.85X10-12

假如我们将物质按是否能导电来划分的话，可以将物质分为电导体和电介质两类。电导体中存在着大量可自由移动的带电粒子(如电子等)，在外加电场的作用下，带电粒子的定向移动即形成电流。理想的电介质中不存在可自由移动的带电粒子，在外加电场的作用下，电介质的表而会形成一些束缚电荷，束缚电荷构建起的内建电场具有抵抗外加电场的作用。

介电常数是用于衡量电介质储存电能的性能，它代表了电介质的极化程度，也就是对电荷的束缚能力，介电常数越大，对电荷的束缚能力越强。 它是介质的电容率与真空的电容率之比。

材料如果在受到外部电场作用时能够储存电能，就称为 "电介质"。

当给平行板电容器施加直流电压时，如果两板之间存在介电材料，那么可以储存比没有介电材料 (真空) 时更多的电荷。介电材料可以通过中和电极上的电荷，使电容器储存更多电荷，而通常情况下，这些电荷将流向外部电场。介电材料的电容与介电常数有关。当在平行板电容器上并联直流电压源 v 时 (图 1)，两板之间有介电材料的配置可以比没有介电材料 (真空) 的配置储存更多的电荷。

图 1. 平行板电容器, 直流实例

其中，C 和 C0 分别是有和没有电介质时的电容；k ' = ε 'r 是实际介电常数或介电常数，A 和 t 分别是电容器平板的面积和间距 (图 1)。介电材料可以通过中和电极上的电荷，使电容器储存更多电荷，而通常情况下，这些电荷将流向外部电场。根据上面的方程式可知，介电材料的电容与介电常数有关。如果在同一个电容器上并联交流正弦电压源 (图 2)，得到的电流将包括充电电流 Ic 和与介电常数有关的损耗电流 Il。材料中的损耗可以用与电容器 (C) 并联的电导 (G) 表示。

图 2. 平行板电容器, 交流实例

复数介电常数 k 由实部 k ' (表示储存电荷) 和虚部 k " (表示损耗电荷) 组成。

下面的符号可以互换表示复数介电常数

k = k* = εr = ε*r 。

根据电磁理论，电位移 (电通量密度) Df 的定义是:

其中，ε = ε* = ε 0 ε r 是绝对介电常数，ε r 是相对介电常数，

F/m 是自由空间介电常数，E 是电场。

介电常数 ( k ) 等于相对介电常数 ( εr )，或绝对介电常数 ( ε )与自由空间介电常数 (ε0 ) 之比。

介电常数的实部 ( ε r' ) 表示外部电场有多少电能储存到材料中。介电常数的虚部 (ε r " ) 称为损耗因子，表示材料中有多少电能耗散到外部电场。介电常数的虚部 ( ε r' ) 始终大于 0，通常远远小于 ( ε r' )。损耗因子同时包括电介质损耗和电导率的效应。

如果用简单的矢量图 (图 3) 表示复数介电常数，实部和虚部的相位将会相差 90°。其矢量和与实轴 ( ε r' ) 形成夹角 δ。材料的相对 "损耗" 等于损耗电量与储存电量的比值。

图 3. 损耗正切矢量图

损耗正切或 tan δ 定义为介电常数的虚部与实部之比。D 表示耗散因子，Q 表示品质因数。损耗正切 tan δ 可以读成 tan delta、损耗正切角或耗散因子。有时，"品质因数或 Q 因数" 也用来描述电子微波材料的特性，等于损耗正切的倒数。对于损耗非常低的材料，tan δ ≈ δ，所以损耗正切可以用角度单位毫弧度或微弧度来表示。