是德科技可以提供用于材料介电特性/磁导率测量的全套解决方案，包括介电常数测试仪表、夹具及测量分析软件。介电常数测试主要方法有传输线法、自由空间法、谐振腔法、同轴探针、弓形反射法和平行板法等。

材料测试方法总结对比

一、同轴探针法

对于以上提到的这类特殊材料，是德科技的同轴探针法是专门针对表面光滑的块状固体材料、液体材料、粉末及生物组织等半固体材料的介电特性参数测试而设计。

同轴探针法

同轴探针法利用开路式的同轴探头，将其浸入到液体、生物组织或者接触光滑固体平面，将高频信号通过探头入射到被测材料，此时探头接收到的由被测材料反射的信号（反射特性S11）将会因为材料的介电常数而发生变化，如下图1所示。利用这种对应关系，通过网络分析仪测得S11就可以计算出被测材料的介电常数与损耗角正切等参数。

同轴探针法的基本原理

•同轴探头是传输线截断后的一部分。通过将探头浸入液体或用其接触固体(或粉末)材料的平坦表面，对材料进行测量。

•探头上的场将“边缘”送入材料中，随着它们与被测材料的接触而缓慢发生变化。

•反射信号(S11)可以通过测量得到，它与εr有关。

图1 同轴探头法的基本原理

同轴探针法主要有三种，如下图2所示，分别是高温探头（能够在–40°C至+200°C的范围内测试材料的介电特性）、高性能探头（频率范围高达50GHz）和纤细探头（可用于方便插入材料内部的情况使用）。其中高温探头如果配合阻抗分析仪E4991B，低频可以拓展到10MHz。

同轴探针法的主要特性如下：

频率范围：200MHz~50GHz（搭配网络分析仪），10MHz-3GHz（搭配阻抗仪）；

测试参数：介电常数；

参考精度： ’:±5%，tanδ：±0.05 ；

样品要求：表面平整的固体，液体或者粉末材料。

图2 同轴探头种类

同轴探针法的种类包括高温探头，高性能探头和细长探头。

对表面平整的固体、液体以及半固体材料的介电特性测试，我们推荐使用同轴探头法：

同轴探头法具有很宽的频率测试范围；

易于使用，只需压在固体材料表面或浸没在液体中即可；

对被测材料无破坏。

当然，该方法对被测材料厚度有一定的要求，不合适介电损耗tanδ太小的材料，且不能测试磁性材料。

二、平行板法（三端子法）测试介电特性

当使用阻抗测量仪器测量介电常数时，通常采用平行板法。

平行板电容法将被测材料置于平行板电极之间，形成一个电容器，通过测试电容值计算出介电常数。应用该方法的典型测量系统由LCR表或阻抗分析仪构成。该方法最适合对薄膜或液体进行精确的低频测量。

图4 显示了平行板法的概图。 平行板法在ASTM D150 标准中又称为三端子法，其原理是通过在两个电极之间插 入一个材料或液体薄片组成一个电容器， (注: 在本文以下部分中，被测材料无论是 固体还是液体均用 MUT 表示。) 然后测量其电容，根据测量结果计算介电常数。在 实际测试装置中，两个电极配备在夹持介电材料的测试夹具上。阻抗测量仪器将测量电容 (C) 和耗散 (D) 的矢量分量，然后由软件程序计算出介电常数和损耗角正切。

图 5 显示了实际测量中的电场流动。当简单地测量两个电极之间的介电材料时， 在电极边缘会产生杂散电容或边缘电容， 从而使得测得的介电材料电容值比实际值 大。边缘电容会导致电流流经介电材料和边缘电容器，从而产生测量误差。 使用保护电极，可以消除边缘电容所导致的测量误差。保护电极会吸收边缘的电场，所以在电极之间测得的电容只是由流经介电材料的电流形成，这样便可以获得准确的测量结果。当结合使用主电极和保护电极时，主电极称为被保护电极 (guarded electrode)。

图3 E4991B 阻抗分析仪

图4 平行板法测试介电特性

1、对材料要求：表面光滑且均匀薄片或者薄膜，不同夹具对厚度和直径有要求;
2、覆盖频率：1MHz至1GHz;
3、测试主机：Keysight E4991B、E4991A、E4980A/AL;
4、Keysight测试软件：N1500A-005;
5、夹具：16451B、16453A，液体材料使用16452A;
6、优点：适合平板材料、薄膜材料、价格经济、精度高可达±1%;
7、缺点：测试频率低、对材料尺寸要求高，不支持测试磁导率;

图5 保护电极的效应

图5 16453A介电材料测试夹具对待测物尺寸要求

三、谐振腔法测试介电特性

谐振腔测试法使用网络分析仪来测量谐振频率和谐振腔体夹具的Q值，在测试开始时是空白设置，随后加载被测样品。当已知样品的体积和谐振腔的其他参数时，通过这些测量来计算介电常数。

谐振腔法原理

谐振腔体有比较高的Q值，可在特定频率上发生谐振。将一片材料样品插入到腔体中，会改变腔体的谐振频率(f)和品质因数(Q)。根据这些测得的参数，可以计算出材料在某一频率上的复数介电常数。典型的测量系统由网络分析仪、谐振腔体夹具以及计算软件组成。

1、对材料要求：样品切条，平坦薄片，厚度约0.05mm~5mm，典型值为1mm;
2、覆盖频率：1GHz至15GHz，一个谐振腔对应一个频点;
3、测试主机：Keysight 全系列网分（除N9912A）;
4、Keysight测试软件：N1500A-003;
5、夹具：谐振腔，如Keysight 85072A、QWED谐振腔等;
6、优点：精度高达±1%，对样品尺寸加工要求不高，非常适合低损材料测试;
7、缺点：不支持宽带测试，单个谐振腔可测频率窄，分析比较复杂;

分离介质谐振腔法方案

四、电感测量法测试磁导率

该方法仅针对磁性材料测试磁导率，是通过测量材料(环形磁芯)的电感来推导出磁导率。

测量非常简单， 无需在磁芯周围缠绕线圈

提供两种夹具装配件， 以适应不同的MUT尺寸

电感测量法夹具装配件

具体操作: 在MUT上缠绕若干条导线，并测量导线两端的电感。Keysight 16454A 磁性材料测试夹具可为单匝电感器提供理想结构，在插入环形磁芯时不会出现磁漏。

适用的测量仪器: E4991B 阻抗分析仪

1、对材料要求：环形磁芯结构;
2、覆盖频率：1 kHz 至 1 GHz;
3、测试主机：Keysight E4990A、E4980A/AL;
4、测试软件：N1500A-006;
5、夹具：16454A;
6、谐振腔法优点：精度高可达±1%、操作简单;
7、谐振腔法缺点：测试频率低、仅测试磁导率;

16454A导磁率测试夹具对待测物尺寸要求

磁性材料测试夹具

五. 传输线法原理

传输线法需要将材料置于一部分封闭的传输线内部。 线路通常是一段矩形波导或同轴空气线。

介电常数和磁导率根据反射信号(S11)和发射信号(S21)的测量结果计算得出。

传输线法的特点
宽带―最低频率受到实际样品长度的限制
有限的低损耗分辨率(取决于样品长度)
可测量磁性材料
使用波导夹具时测量各向异性材料

六. 自由空间法

自由空间法使用天线将微波能量聚焦在或穿透过材料厚板或薄板。 这种方法不需要接触材料，适用于在高温和恶劣环境中对材料进行测试。下图显示了两种典型的自由空间测量装置: S参数配置(上方)和NRL弧形框(下方)。

自由空间法的特点
非接触, 对材料无破坏
高频― 低端受到实际样品尺寸的限制
适合在高温条件下使用
对于各向异性材料, 天线偏振可能发生变化
可测量磁性材料