是德科技可以提供用于材料介電特性/磁導率測量的全套解決方案，包括介電常數測試儀表、夾具及測量分析軟件。介電常數測試主要方法有傳輸線法、自由空間法、諧振腔法、同軸探針、弓形反射法和平行板法等。

材料測試方法總結對比

一、同軸探針法

對于以上提到的這類特殊材料，是德科技的同軸探針法是專門針對表面光滑的塊狀固體材料、液體材料、粉末及生物組織等半固體材料的介電特性參數測試而設計。

同軸探針法

同軸探針法利用開路式的同軸探頭，將其浸入到液體、生物組織或者接觸光滑固體平面，將高頻信號通過探頭入射到被測材料，此時探頭接收到的由被測材料反射的信號（反射特性S11）將會因為材料的介電常數而發生變化，如下圖1所示。利用這種對應關系，通過網絡分析儀測得S11就可以計算出被測材料的介電常數與損耗角正切等參數。

同軸探針法的基本原理

?同軸探頭是傳輸線截斷后的一部分。通過將探頭浸入液體或用其接觸固體(或粉末)材料的平坦表面，對材料進行測量。

?探頭上的場將“邊緣”送入材料中，隨著它們與被測材料的接觸而緩慢發生變化。

?反射信號(S11)可以通過測量得到，它與εr有關。

圖1 同軸探頭法的基本原理

同軸探針法主要有三種，如下圖2所示，分別是高溫探頭（能夠在–40°C至+200°C的范圍內測試材料的介電特性）、高性能探頭（頻率范圍高達50GHz）和纖細探頭（可用于方便插入材料內部的情況使用）。其中高溫探頭如果配合阻抗分析儀E4991B，低頻可以拓展到10MHz。

同軸探針法的主要特性如下：

頻率范圍：200MHz~50GHz（搭配網絡分析儀），10MHz-3GHz（搭配阻抗儀）；

測試參數：介電常數；

參考精度： ’:±5%，tanδ：±0.05 ；

樣品要求：表面平整的固體，液體或者粉末材料。

圖2 同軸探頭種類

同軸探針法的種類包括高溫探頭，高性能探頭和細長探頭。

對表面平整的固體、液體以及半固體材料的介電特性測試，我們推薦使用同軸探頭法：

同軸探頭法具有很寬的頻率測試范圍；

易于使用，只需壓在固體材料表面或浸沒在液體中即可；

對被測材料無破壞。

當然，該方法對被測材料厚度有一定的要求，不合適介電損耗tanδ太小的材料，且不能測試磁性材料。

二、平行板法（三端子法）測試介電特性

當使用阻抗測量儀器測量介電常數時，通常采用平行板法。

平行板電容法將被測材料置于平行板電極之間，形成一個電容器，通過測試電容值計算出介電常數。應用該方法的典型測量系統由LCR表或阻抗分析儀構成。該方法最適合對薄膜或液體進行精確的低頻測量。

圖4 顯示了平行板法的概圖。 平行板法在ASTM D150 標準中又稱為三端子法，其原理是通過在兩個電極之間插 入一個材料或液體薄片組成一個電容器， (注: 在本文以下部分中，被測材料無論是 固體還是液體均用 MUT 表示。) 然后測量其電容，根據測量結果計算介電常數。在 實際測試裝置中，兩個電極配備在夾持介電材料的測試夾具上。阻抗測量儀器將測量電容 (C) 和耗散 (D) 的矢量分量，然后由軟件程序計算出介電常數和損耗角正切。

圖 5 顯示了實際測量中的電場流動。當簡單地測量兩個電極之間的介電材料時， 在電極邊緣會產生雜散電容或邊緣電容， 從而使得測得的介電材料電容值比實際值 大。邊緣電容會導致電流流經介電材料和邊緣電容器，從而產生測量誤差。 使用保護電極，可以消除邊緣電容所導致的測量誤差。保護電極會吸收邊緣的電場，所以在電極之間測得的電容只是由流經介電材料的電流形成，這樣便可以獲得準確的測量結果。當結合使用主電極和保護電極時，主電極稱為被保護電極 (guarded electrode)。

圖3 E4991B 阻抗分析儀

圖4 平行板法測試介電特性

1、對材料要求：表面光滑且均勻薄片或者薄膜，不同夾具對厚度和直徑有要求;
2、覆蓋頻率：1MHz至1GHz;
3、測試主機：Keysight E4991B、E4991A、E4980A/AL;
4、Keysight測試軟件：N1500A-005;
5、夾具：16451B、16453A，液體材料使用16452A;
6、優點：適合平板材料、薄膜材料、價格經濟、精度高可達±1%;
7、缺點：測試頻率低、對材料尺寸要求高，不支持測試磁導率;

圖5 保護電極的效應

圖5 16453A介電材料測試夾具對待測物尺寸要求

三、諧振腔法測試介電特性

諧振腔測試法使用網絡分析儀來測量諧振頻率和諧振腔體夾具的Q值，在測試開始時是空白設置，隨后加載被測樣品。當已知樣品的體積和諧振腔的其他參數時，通過這些測量來計算介電常數。

諧振腔法原理

諧振腔體有比較高的Q值，可在特定頻率上發生諧振。將一片材料樣品插入到腔體中，會改變腔體的諧振頻率(f)和品質因數(Q)。根據這些測得的參數，可以計算出材料在某一頻率上的復數介電常數。典型的測量系統由網絡分析儀、諧振腔體夾具以及計算軟件組成。

1、對材料要求：樣品切條，平坦薄片，厚度約0.05mm~5mm，典型值為1mm;
2、覆蓋頻率：1GHz至15GHz，一個諧振腔對應一個頻點;
3、測試主機：Keysight 全系列網分（除N9912A）;
4、Keysight測試軟件：N1500A-003;
5、夾具：諧振腔，如Keysight 85072A、QWED諧振腔等;
6、優點：精度高達±1%，對樣品尺寸加工要求不高，非常適合低損材料測試;
7、缺點：不支持寬帶測試，單個諧振腔可測頻率窄，分析比較復雜;

分離介質諧振腔法方案

四、電感測量法測試磁導率

該方法僅針對磁性材料測試磁導率，是通過測量材料(環形磁芯)的電感來推導出磁導率。

測量非常簡單， 無需在磁芯周圍纏繞線圈

提供兩種夾具裝配件， 以適應不同的MUT尺寸

電感測量法夾具裝配件

具體操作: 在MUT上纏繞若干條導線，并測量導線兩端的電感。Keysight 16454A 磁性材料測試夾具可為單匝電感器提供理想結構，在插入環形磁芯時不會出現磁漏。

適用的測量儀器: E4991B 阻抗分析儀

1、對材料要求：環形磁芯結構;
2、覆蓋頻率：1 kHz 至 1 GHz;
3、測試主機：Keysight E4990A、E4980A/AL;
4、測試軟件：N1500A-006;
5、夾具：16454A;
6、諧振腔法優點：精度高可達±1%、操作簡單;
7、諧振腔法缺點：測試頻率低、僅測試磁導率;

16454A導磁率測試夾具對待測物尺寸要求

磁性材料測試夾具

五. 傳輸線法原理

傳輸線法需要將材料置于一部分封閉的傳輸線內部。 線路通常是一段矩形波導或同軸空氣線。

介電常數和磁導率根據反射信號(S11)和發射信號(S21)的測量結果計算得出。

傳輸線法的特點
寬帶―最低頻率受到實際樣品長度的限制
有限的低損耗分辨率(取決于樣品長度)
可測量磁性材料
使用波導夾具時測量各向異性材料

六. 自由空間法

自由空間法使用天線將微波能量聚焦在或穿透過材料厚板或薄板。 這種方法不需要接觸材料，適用于在高溫和惡劣環境中對材料進行測試。下圖顯示了兩種典型的自由空間測量裝置: S參數配置(上方)和NRL弧形框(下方)。

自由空間法的特點
非接觸, 對材料無破壞
高頻― 低端受到實際樣品尺寸的限制
適合在高溫條件下使用
對于各向異性材料, 天線偏振可能發生變化
可測量磁性材料