薄膜塑料介電常數測定儀顯示方式 :直讀, Δ, Δ%

觸發方式 :內部, 手動, 外部, 總線

內部直流偏 :電壓模式-5V ～ +5V, ±(10%+10mV), 1mV步進

置源 :電流模式（內阻為50Ω）-100mA ～ +100mA, ±(10%+0.2mA),20uA步進

比較器功能:10檔分選及計數功能

顯示器;320×240點陣圖形LCD顯示

存儲器 :可保存20組儀器設定值

USB DEVICE( USBTMC and USBCDC support) USB HOST(FAT16 and FAT32 support)

接口 :LAN(LXI class C support) RS232C HANDLERGPIB（選件）

工作頻率范圍：20Hz～2MHz 數字合成，

精度：±0.02%

電容測量范圍：0.00001pF～9.99999F 六位數顯

電容測量基本誤差：±0.05%

損耗因素D值范圍：0.00001～9.99999 六位數顯

介電常數測試裝置（含保護電極）： 精密介電常數測試裝置提供測試電極，能對直徑φ10～56mm，厚度<10mm的試樣精確測量。

它針對不同試樣可設置為接觸電極法，薄膜電極法和非接觸法三種，以適應軟材料，表面不平整和薄膜試樣測試。

微分頭分辨率：10μm

最高耐壓：±42Vp（AC+DC）

電纜長度設置：1m

最高使用頻率：30MHz

是相對介電常數， A ( e

r ) 是聯系相對介電常數以及

微擾腔參數的函數。

此時不論形狀尺寸如何，只要得到填充因子s 即可方便求出相對介電常數。利用此方法可以測量幾乎

所有的材料的介電常數，但是在校準時要求采用同一形狀。在頻率上區分，當頻率高于1 GHz 時，可以用波導腔測量介電常數，但是當頻率高于10 GHz 時，由于基模腔太小等原因，對于介電常數的測量提出了新的挑戰。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、介質諧振器法、高Q 腔法等。近年來對于諧振法又有新的方法不斷出現和改善。

圓柱腔測量介電常數法是我國在1987 年推出的測量介電常數的方法，經過了對測試夾具的研究和開發及對開縫腔體的研究，測試結果更為準確。其頻率測試范圍大約為1~10 GHz[33]。此外，關于開放腔方法的改進也非常全面和成熟。開放腔方法中廣泛應用了兩塊很大平型金屬板中圓柱介質構成截止開腔的方法，其對于相對介電常數εr 的測量相對準確，但對于損耗角tanβ 測量誤差比較大。2006 年有人提出截止波導介質腔測量介電常數，可同時測量微波損耗和介電常數，但只能夠用來測量相對介電常數大于10 的樣品[34]。同時，因為平行板開式腔有一部分能量順著饋線和上下金屬板之間的結構傳輸形成輻射損耗，有人提出通過在饋電側上下金屬板間增加短路板用來阻止輻射損耗，并且設計

制作了相應系統，可以通過單端口工作，對圓柱形介質進行測試[35]。近兩年出現了很多對于開式腔的改進和發展。由三十八所和東南大學合作的開式腔法自動測量系統，不僅操作簡便，而且其測量的相對介電常數以及損耗正切的不確定度小于0.17%和20.4%。此外有人提出準光腔法在毫米波和亞毫米波中的應用有高Q 值、使用簡便、不損傷薄膜、靈敏度高、樣品放置容易、能檢測大面積介質復介電常數均勻性等多項優點，但依然只能在若干分離頻率點上進行測量[36]。總而言之，諧振法基本可以測量所有頻率范圍內的材料的介電常數，但是現有方法中對毫米波范圍研究居多；具有單模性能好、Q 值高、腔加工和樣品準備簡單、操作方便以及測量精度高等優點；但是對于損耗正切的測量一直不能十分準確，同時一般只能在幾個分離的頻率點上進行測量；同時因為諧振頻率和固有品質可以較準確測量，非常適用于對低損耗介質材料的測量。諧振法的技術已經比較完善，但是依然有不足之處：如何確保單頻點法的腔長精確性長期被忽略；提取相對介電常數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

自由空間法其實也可算是傳輸線法。它的原理可參考線路傳輸法，通過測得傳輸和反射系數，改變樣

品數據和頻率來得到介電常數的數值。圖2 為其示意圖。

自由空間法與傳輸線法有所不同。傳輸線法要求波導壁和被測材料接觸，而自由空間法克服了這

個缺點[38]。自由空間法保存了線路傳輸法可以測量寬頻帶范圍的優點。自由空間法要求材料要有足夠的損耗，否則會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。其高頻率可以達到100 GHz。

六端口測量技術

另外，還有一種方法為六端口測量技術。其測量系統如圖3。在未填充介質樣品時，忽略波導損耗，短路段反 

六端口技術是20 世紀70 年展起來的一項微波自動測量技術，具有造價低廉和結構簡單等優點目前六端口技術廣泛應用于安全防護、微波計量和工業在線測量中。六端口技術是一種通過測量標量來替業在線測量中。六端口技術是一種通過測量標量來替測量[40]。因此其對設備精度和復雜度的要求都有所下降。同時六端口技術在與計算機控制接口連接的實現上顯現出了很大的優勢，有利于微波阻抗和網絡參數的自動測量。

早在20 世紀90 年代，我國的學術界就提出了許多校驗方法，并設計出了精度較高的自動測量系統，提出了選用測量低損耗介質的微波探頭的建議[41,42]。近幾年六端口技術仍在不斷地發展和完善。學術界提出了許多新的解超越方程的方法。同時開始采用Matlab 解超越方程，采用Labview 做人機界面，將Matlab 嵌入其中[43]。總而言之，六端口網絡可以在寬頻率范圍內進行測量，目前NIsT 實驗室的六端口系統可以測量10 MHz 到100 GHz 的頻率范圍；六端口網絡有較高的精度，對 s 參數的測量可以達到點頻手動測量的水準；與自動網絡分析儀比較，結構簡單，成本低，體積小；可以通過計算機及其軟件對測量進行優化和計算，更利于實現自動化。

3.6.測量方法總結

將上述方法的適用場合、優缺點可以簡單總結成表2。

4. 結論介電常數的測量技術已經被應用于生產生活的各個方面，其測量的標準也十分明確。標準中能夠測量的頻率范圍已經覆蓋50 MHz 以下及100 M 到30 GHz。但是其對測試材料種類以及介電常數和損耗角的數值范圍有明確規定，使得各種標準能夠應用的范圍不是很廣泛。而就測量方法而言，幾種主要的測量方法各有利弊。集中電路法適用于低頻情況；傳輸線法頻率覆蓋范圍較廣，適用于介電常數較大的材料，其多數方法對于高損和薄膜等材料不太適用，方法簡單準確；諧振法只能在有限頻率點下進行測量，適用于低損材料，方法簡單準確、單模性好；自由空間法準確性相對較差，但是可以實現實地測量；六端口網絡法精度高，六端口網絡造價低廉，頻率覆蓋范圍廣，更適用于以后多種多樣的測量情況的需要，但是沒有具體的標準可以參考。可見，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點和缺點，在不同的情況下選擇具體的方法是十分有必要的。

高頻介質樣品（選購件）： 在現行高頻介質材料檢定系統中，檢定部門為高頻介質損耗測量儀提供的測量標準是高頻標準介質樣品。該樣品由人工藍寶石，石英玻璃， 氧化鋁陶瓷，聚四氟乙烯，環氧板等材料做成Φ50mm，厚1～2mm測試樣品。用戶可按需訂購，以保證測試裝置的重復性和準確性。

薄膜塑料介電常數測定儀近幾年有人提出了新的確定Ka 波段毫米波損耗材料復介電常數的磁導率的測量方法并給出了確定樣品的復介電常數及磁導率的散射方程。此方法有下列優點：1) 計算復介電常數及磁導率方程組是去耦合的，不需要迭代；2) 被測量的頻率范圍比較寬；3) 與傳統方法相比了介電常數測量對樣品長度和參考面的位置的依賴性；4) 了NRW 方法在某些頻點測量的不確定性[31]。還有人將橢圓偏振法的電些頻點測量的不確定性[31]。還有人將橢圓偏振法的電法用測量樣品反射波或者投射波相對于入射波偏振狀態的改變來計算光電特性和幾何參數。毫米波橢圓偏振法得到的復介電常數的虛部比實部低，即計算得到的虛部有一定誤差，但它對橢圓偏振法的進一步研究提供了重要的參考依據[32]