随着5G/6G通信、智能汽车与物联网技术的快速发展,微波(3–30 GHz)与毫米波(30–300 GHz)技术正广泛应用于移动通信、汽车雷达及医疗检测等领域。在移动通信方面,5G系统主要采用3.7 GHz与28 GHz频段,Beyond 5G与6G则进一步拓展至7–24 GHz(FR3)及170 GHz以上高频段。汽车雷达普遍使用24 GHz与76–81 GHz频段,支撑自适应巡航、防撞预警、盲点监测等高级驾驶辅助功能,同时77–81 GHz已成为全球统一规划的汽车雷达频段,推动自动驾驶技术演进。
高频段应用对材料性能提出更高要求。毫米波信号易受大气衰减、雨衰与材料损耗影响,且电路性能受基板材料介电常数与介电损耗角正切(DF)的频率和温度特性显著影响。因此,精准测量材料在微波与毫米波频段的介电特性,成为高频器件与系统研发的关键环节。尤其在汽车雷达罩、5G天线涂层、高频PCB材料及超材料研发中,需综合考虑温度循环、湿度、机械应力等实际工况,实现多环境条件下的介电参数表征。
目前,基于矢量网络分析仪(VNA)的介电测量系统已成为主流解决方案,典型系统由VNA、测量夹具与分析软件三部分构成。安立公司提供覆盖多频段的VNA产品线,结合不同夹具实现高精度介电参数提取。主要测量方法分为两类:谐振腔法与无线电波传输法。

谐振腔法适用于低损耗材料(DF < 0.05),如树脂、陶瓷、薄膜等,测量频率可达330 GHz。其中,法布里-珀罗(Fabry-Pérot)开放式谐振腔法支持20 MHz–170 GHz频段,可高精度测量薄膜材料的各向异性,适用于77 GHz汽车雷达频段的材料评估。TM腔谐振腔法(微扰法)适用于粉末、液体与薄膜,频率范围为200 MHz–10 GHz,常用于PCB基材研发,支持减压环境测量。安立MS4640B、ME7838系列VNA配合自动调谐机制,显著提升测量精度。

无线电波传输法适用于高损耗或大厚度样品(DF ≥ 0.05),典型方法包括探头法与自由空间法。探头法便携灵活,仅需接触样品即可测量,频率范围达10 MHz–55 GHz,适用于橡胶老化评估与现场检测。自由空间法无需样品制备,适用于涂料、多层结构与雷达罩等复杂结构。其中,频率变化法精度高、重复性好(介电常数±1%,DF±3%),适用于低损耗材料;S参数法通过透射与反射参数反演材料参数,支持45 MHz–170 GHz测量,可同时获取介电常数与磁导率。

安立提供全系列VNA解决方案:MS461xx系列适用于探头法与低频谐振腔法;ME7838系列结合频率扩展模块,可支持高达300 GHz的太赫兹测量,满足6G与先进雷达材料研发需求。系统支持TRL/LRL校准与自动化测量,提升效率与可靠性。
综上,随着高频技术向汽车、通信与智能感知领域深度渗透,介电常数测量已成为材料研发的核心支撑。未来,面向大带宽、多环境、自动化测试需求,高精度、宽频带、多功能的VNA基测量系统将加速推动新材料与新应用的产业化进程。
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