薄膜塑料介電常數(shù)測(cè)定儀顯示方式 :直讀, Δ, Δ%

觸發(fā)方式 :內(nèi)部, 手動(dòng), 外部, 總線(xiàn)

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

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

比較器功能:10檔分選及計(jì)數(shù)功能

顯示器;320×240點(diǎn)陣圖形LCD顯示

存儲(chǔ)器 :可保存20組儀器設(shè)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(shù)字合成，

精度：±0.02%

電容測(cè)量范圍：0.00001pF～9.99999F 六位數(shù)顯

電容測(cè)量基本誤差：±0.05%

損耗因素D值范圍：0.00001～9.99999 六位數(shù)顯

介電常數(shù)測(cè)試裝置（含保護(hù)電極）： 精密介電常數(shù)測(cè)試裝置提供測(cè)試電極，能對(duì)直徑φ10～56mm，厚度<10mm的試樣精確測(cè)量。

它針對(duì)不同試樣可設(shè)置為接觸電極法，薄膜電極法和非接觸法三種，以適應(yīng)軟材料，表面不平整和薄膜試樣測(cè)試。

微分頭分辨率：10μm

最高耐壓：±42Vp（AC+DC）

電纜長(zhǎng)度設(shè)置：1m

最高使用頻率：30MHz

是相對(duì)介電常數(shù)， A ( e

r ) 是聯(lián)系相對(duì)介電常數(shù)以及

微擾腔參數(shù)的函數(shù)。

此時(shí)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(duì)介電常數(shù)。利用此方法可以測(cè)量幾乎

所有的材料的介電常數(shù)，但是在校準(zhǔn)時(shí)要求采用同一形狀。在頻率上區(qū)分，當(dāng)頻率高于1 GHz 時(shí)，可以用波導(dǎo)腔測(cè)量介電常數(shù)，但是當(dāng)頻率高于10 GHz 時(shí)，由于基模腔太小等原因，對(duì)于介電常數(shù)的測(cè)量提出了新的挑戰(zhàn)。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(xiàn)諧振器法、帶狀線(xiàn)諧振器法、介質(zhì)諧振器法、高Q 腔法等。近年來(lái)對(duì)于諧振法又有新的方法不斷出現(xiàn)和改善。

圓柱腔測(cè)量介電常數(shù)法是我國(guó)在1987 年推出的測(cè)量介電常數(shù)的方法，經(jīng)過(guò)了對(duì)測(cè)試夾具的研究和開(kāi)發(fā)及對(duì)開(kāi)縫腔體的研究，測(cè)試結(jié)果更為準(zhǔn)確。其頻率測(cè)試范圍大約為1~10 GHz[33]。此外，關(guān)于開(kāi)放腔方法的改進(jìn)也非常全面和成熟。開(kāi)放腔方法中廣泛應(yīng)用了兩塊很大平型金屬板中圓柱介質(zhì)構(gòu)成截止開(kāi)腔的方法，其對(duì)于相對(duì)介電常數(shù)εr 的測(cè)量相對(duì)準(zhǔn)確，但對(duì)于損耗角tanβ 測(cè)量誤差比較大。2006 年有人提出截止波導(dǎo)介質(zhì)腔測(cè)量介電常數(shù)，可同時(shí)測(cè)量微波損耗和介電常數(shù)，但只能夠用來(lái)測(cè)量相對(duì)介電常數(shù)大于10 的樣品[34]。同時(shí)，因?yàn)槠叫邪彘_(kāi)式腔有一部分能量順著饋線(xiàn)和上下金屬板之間的結(jié)構(gòu)傳輸形成輻射損耗，有人提出通過(guò)在饋電側(cè)上下金屬板間增加短路板用來(lái)阻止輻射損耗，并且設(shè)計(jì)

制作了相應(yīng)系統(tǒng)，可以通過(guò)單端口工作，對(duì)圓柱形介質(zhì)進(jìn)行測(cè)試[35]。近兩年出現(xiàn)了很多對(duì)于開(kāi)式腔的改進(jìn)和發(fā)展。由三十八所和東南大學(xué)合作的開(kāi)式腔法自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)，不僅操作簡(jiǎn)便，而且其測(cè)量的相對(duì)介電常數(shù)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(zhǔn)光腔法在毫米波和亞毫米波中的應(yīng)用有高Q 值、使用簡(jiǎn)便、不損傷薄膜、靈敏度高、樣品放置容易、能檢測(cè)大面積介質(zhì)復(fù)介電常數(shù)均勻性等多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)，但依然只能在若干分離頻率點(diǎn)上進(jìn)行測(cè)量[36]?？偠灾C振法基本可以測(cè)量所有頻率范圍內(nèi)的材料的介電常數(shù)，但是現(xiàn)有方法中對(duì)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(zhǔn)備簡(jiǎn)單、操作方便以及測(cè)量精度高等優(yōu)點(diǎn)；但是對(duì)于損耗正切的測(cè)量一直不能十分準(zhǔn)確，同時(shí)一般只能在幾個(gè)分離的頻率點(diǎn)上進(jìn)行測(cè)量；同時(shí)因?yàn)橹C振頻率和固有品質(zhì)可以較準(zhǔn)確測(cè)量，非常適用于對(duì)低損耗介質(zhì)材料的測(cè)量。諧振法的技術(shù)已經(jīng)比較完善，但是依然有不足之處：如何確保單頻點(diǎn)法的腔長(zhǎng)精確性長(zhǎng)期被忽略；提取相對(duì)介電常數(shù)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(shí)也可算是傳輸線(xiàn)法。它的原理可參考線(xiàn)路傳輸法，通過(guò)測(cè)得傳輸和反射系數(shù)，改變樣

品數(shù)據(jù)和頻率來(lái)得到介電常數(shù)的數(shù)值。圖2 為其示意圖。

自由空間法與傳輸線(xiàn)法有所不同。傳輸線(xiàn)法要求波導(dǎo)壁和被測(cè)材料接觸，而自由空間法克服了這

個(gè)缺點(diǎn)[38]。自由空間法保存了線(xiàn)路傳輸法可以測(cè)量寬頻帶范圍的優(yōu)點(diǎn)。自由空間法要求材料要有足夠的損耗，否則會(huì)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(dá)到100 GHz。

六端口測(cè)量技術(shù)

另外，還有一種方法為六端口測(cè)量技術(shù)。其測(cè)量系統(tǒng)如圖3。在未填充介質(zhì)樣品時(shí)，忽略波導(dǎo)損耗，短路段反 

六端口技術(shù)是20 世紀(jì)70 年展起來(lái)的一項(xiàng)微波自動(dòng)測(cè)量技術(shù)，具有造價(jià)低廉和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)目前六端口技術(shù)廣泛應(yīng)用于安全防護(hù)、微波計(jì)量和工業(yè)在線(xiàn)測(cè)量中。六端口技術(shù)是一種通過(guò)測(cè)量標(biāo)量來(lái)替業(yè)在線(xiàn)測(cè)量中。六端口技術(shù)是一種通過(guò)測(cè)量標(biāo)量來(lái)替測(cè)量[40]。因此其對(duì)設(shè)備精度和復(fù)雜度的要求都有所下降。同時(shí)六端口技術(shù)在與計(jì)算機(jī)控制接口連接的實(shí)現(xiàn)上顯現(xiàn)出了很大的優(yōu)勢(shì)，有利于微波阻抗和網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的自動(dòng)測(cè)量。

早在20 世紀(jì)90 年代，我國(guó)的學(xué)術(shù)界就提出了許多校驗(yàn)方法，并設(shè)計(jì)出了精度較高的自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)，提出了選用測(cè)量低損耗介質(zhì)的微波探頭的建議[41,42]。近幾年六端口技術(shù)仍在不斷地發(fā)展和完善。學(xué)術(shù)界提出了許多新的解超越方程的方法。同時(shí)開(kāi)始采用Matlab 解超越方程，采用Labview 做人機(jī)界面，將Matlab 嵌入其中[43]。總而言之，六端口網(wǎng)絡(luò)可以在寬頻率范圍內(nèi)進(jìn)行測(cè)量，目前NIsT 實(shí)驗(yàn)室的六端口系統(tǒng)可以測(cè)量10 MHz 到100 GHz 的頻率范圍；六端口網(wǎng)絡(luò)有較高的精度，對(duì) s 參數(shù)的測(cè)量可以達(dá)到點(diǎn)頻手動(dòng)測(cè)量的水準(zhǔn)；與自動(dòng)網(wǎng)絡(luò)分析儀比較，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，體積小；可以通過(guò)計(jì)算機(jī)及其軟件對(duì)測(cè)量進(jìn)行優(yōu)化和計(jì)算，更利于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。

3.6.測(cè)量方法總結(jié)

將上述方法的適用場(chǎng)合、優(yōu)缺點(diǎn)可以簡(jiǎn)單總結(jié)成表2。

4. 結(jié)論介電常數(shù)的測(cè)量技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用于生產(chǎn)生活的各個(gè)方面，其測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)也十分明確。標(biāo)準(zhǔn)中能夠測(cè)量的頻率范圍已經(jīng)覆蓋50 MHz 以下及100 M 到30 GHz。但是其對(duì)測(cè)試材料種類(lèi)以及介電常數(shù)和損耗角的數(shù)值范圍有明確規(guī)定，使得各種標(biāo)準(zhǔn)能夠應(yīng)用的范圍不是很廣泛。而就測(cè)量方法而言，幾種主要的測(cè)量方法各有利弊。集中電路法適用于低頻情況；傳輸線(xiàn)法頻率覆蓋范圍較廣，適用于介電常數(shù)較大的材料，其多數(shù)方法對(duì)于高損和薄膜等材料不太適用，方法簡(jiǎn)單準(zhǔn)確；諧振法只能在有限頻率點(diǎn)下進(jìn)行測(cè)量，適用于低損材料，方法簡(jiǎn)單準(zhǔn)確、單模性好；自由空間法準(zhǔn)確性相對(duì)較差，但是可以實(shí)現(xiàn)實(shí)地測(cè)量；六端口網(wǎng)絡(luò)法精度高，六端口網(wǎng)絡(luò)造價(jià)低廉，頻率覆蓋范圍廣，更適用于以后多種多樣的測(cè)量情況的需要，但是沒(méi)有具體的標(biāo)準(zhǔn)可以參考?？梢?jiàn)，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(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，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(zhì)樣品（選購(gòu)件）： 在現(xiàn)行高頻介質(zhì)材料檢定系統(tǒng)中，檢定部門(mén)為高頻介質(zhì)損耗測(cè)量?jī)x提供的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)是高頻標(biāo)準(zhǔn)介質(zhì)樣品。該樣品由人工藍(lán)寶石，石英玻璃， 氧化鋁陶瓷，聚四氟乙烯，環(huán)氧板等材料做成Φ50mm，厚1～2mm測(cè)試樣品。用戶(hù)可按需訂購(gòu)，以保證測(cè)試裝置的重復(fù)性和準(zhǔn)確性。

薄膜塑料介電常數(shù)測(cè)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(fù)介電常數(shù)的磁導(dǎo)率的測(cè)量方法并給出了確定樣品的復(fù)介電常數(shù)及磁導(dǎo)率的散射方程。此方法有下列優(yōu)點(diǎn)：1) 計(jì)算復(fù)介電常數(shù)及磁導(dǎo)率方程組是去耦合的，不需要迭代；2) 被測(cè)量的頻率范圍比較寬；3) 與傳統(tǒng)方法相比了介電常數(shù)測(cè)量對(duì)樣品長(zhǎng)度和參考面的位置的依賴(lài)性；4) 了NRW 方法在某些頻點(diǎn)測(cè)量的不確定性[31]。還有人將橢圓偏振法的電些頻點(diǎn)測(cè)量的不確定性[31]。還有人將橢圓偏振法的電法用測(cè)量樣品反射波或者投射波相對(duì)于入射波偏振狀態(tài)的改變來(lái)計(jì)算光電特性和幾何參數(shù)。毫米波橢圓偏振法得到的復(fù)介電常數(shù)的虛部比實(shí)部低，即計(jì)算得到的虛部有一定誤差，但它對(duì)橢圓偏振法的進(jìn)一步研究提供了重要的參考依據(jù)[32]