1.介電常數(shù)測量方法的分類

1.1 按材料屬性分類

根據(jù)待測樣品的材料屬性不同，介電常數(shù)的測量方法可分為對固體、液體、氣體以及粉末( 顆粒) 的測量。固體介電常數(shù)的測量方法最多，且已廣泛應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域，目前已有不少國家標(biāo)準(zhǔn)的固體介電常數(shù)測量方法推行。它測量的頻率覆蓋范圍為50MHZ 以下和100MHz 到30GHz。相較固體的測量，液體和氣體的測試方法較少。對于液體，出行的國家標(biāo)準(zhǔn)較少，常用的測量方法有諧振腔法、同軸探頭法、帶狀電容法和波導(dǎo)反射法進(jìn)行測量。對于氣體，具體測試方法少且精度低，還處在研究發(fā)展階段，目前有通過LC 串

聯(lián)諧振電路測得電容變化率進(jìn)而得到介電常數(shù)，但精度都不高。

1.2 按激勵(lì)信號分類

按激勵(lì)信號的不同，介電常數(shù)的測量方法可以分為頻域法、時(shí)域法和色散傅立葉變換波譜法，它們的激勵(lì)信號分別為周期函數(shù)的正弦波、階躍函數(shù)的脈沖波和白噪聲源。這三種測量方法的測量頻率范圍存在明顯的差異性，在射頻和微波段只能用頻域法和時(shí)域法，其中由于頻域法測量精度更高使用更加廣泛，而傅立葉變化波譜法只適用于遠(yuǎn)紅外亞毫米波段。

1.3 按測試原理分類

根據(jù)測試原理的不同，大致可分為諧振腔法和網(wǎng)絡(luò)參數(shù)法。諧振腔采用微擾原理，通過待測介質(zhì)放入腔體前后的諧振頻率f 和品質(zhì)因數(shù)Q 的變化，根據(jù)一定算法來計(jì)算介質(zhì)的復(fù)介電常數(shù)。它主要分為高Q 值法和微擾法，適用于低損耗介質(zhì)，主要優(yōu)點(diǎn)在于樣品的加載量較大，尺寸較小，是目前具有測試精度最高的測試方法，但其只能用于點(diǎn)頻和窄頻測量，且操作分析比較復(fù)雜。諧振腔法無法檢測損耗較大的巖石沙子一類固體混合物，且需對樣品加工成片狀等。由于樣本形狀的差異性，目前存在許多類型的諧振腔，常用的有矩形諧振腔、圓柱諧振腔和環(huán)形諧振腔。

2 介電常數(shù)常用測量方法

一般來說，目前測量介電常數(shù)的常用方法主要包括波導(dǎo)法、諧振腔法、自由空間法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法。下面簡要介紹這四種方法的原理、特點(diǎn)和發(fā)展現(xiàn)狀等。

2.1 波導(dǎo)法

波導(dǎo)法基于經(jīng)典的NRW 傳輸/ 反射法原理進(jìn)行測量，通過矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀（VNA）測得S 常數(shù)，根據(jù)一定算法計(jì)算求解出單次的傳輸系數(shù)與單次反射系數(shù)，并依此求解出待測樣品的介電常數(shù)與磁導(dǎo)率。算法求解不涉及超越方程，容易計(jì)算推導(dǎo)，但由于傳輸系數(shù)的相位模糊性會(huì)產(chǎn)生多值解和厚度諧振問題，故需要選擇合適的樣品厚度，一般厚度取1/4 的波導(dǎo)波長[14]。波導(dǎo)法常用于3GHz 以上的高頻段測量，測量精度較高，適用于薄片材料測量，但對介質(zhì)損耗、樣本尺寸、表明平整等要求較高，且裝置結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，需SOLT 校準(zhǔn)。

2.2 諧振腔法

諧振腔法的測試原理是通過放置待測介質(zhì)之前和之后，諧振腔的諧振頻率f 與品質(zhì)因數(shù)Q 發(fā)生的差異，反推出待測介質(zhì)的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率。根據(jù)填充程度的不同可分為微擾法、部分填充法和全部填充法。微擾法的測量簡單易行，適用于較小尺寸、較低介電常數(shù)值和低損耗材料如液體、粉末等的測量，測試精度高。部分填充法一般用于矯正，難以進(jìn)行精確計(jì)算。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(zhì)諧振器法、高Q 值法等，并且不斷有新的方法出現(xiàn)和改善。LDJD系列介電常數(shù)儀即采用高Q值諧振法。

2.3 自由空間法

自由空間法屬于微波法，測試原理參考傳輸線理論，通過發(fā)射天線輻射出電磁波，在自由空間傳播并到達(dá)待測介質(zhì)時(shí)，利用電磁波傳輸原理，一部分電磁波在到達(dá)待測介質(zhì)表面時(shí)會(huì)透射與反射，利用以接收天線為主的接收系統(tǒng)并配合矢量網(wǎng)絡(luò)分析測得傳輸和反射系數(shù)，并代入后續(xù)的算法處理反演推導(dǎo)出待測介質(zhì)的電磁參數(shù)。該方法具有非接觸特性和非損壞性，適合高溫測試，測量頻帶范圍寬，最高頻率可以達(dá)到100GHz，，適用于超高頻率的毫米波測量，不受待測樣品狀態(tài)限制，主要測量液體薄膜等。但系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜，樣品尺寸大，需對樣品進(jìn)行切片等處理，只適用于高于3 GHz 的高頻情況。

2.4 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展和大數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用，出現(xiàn)了通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)測量介電常數(shù)的方法。其原理是利用大量已知介電常數(shù)介質(zhì)的微波夾具的S 參數(shù)對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練后，利用訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對未知介質(zhì)的介電常數(shù)進(jìn)行分析測量。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法的核心是基于微波夾具的S 參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的訓(xùn)練。相對于傳統(tǒng)的介電常數(shù)測量方法，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法結(jié)合了微波法和大數(shù)據(jù)分析法，簡化了測試難度，靈活性高，可以有效避免求解過程中的多值問題、S 參數(shù)校準(zhǔn)問題，適應(yīng)性較廣。但由于不是嚴(yán)格的解析解，測試精度還需提高?？傮w來講，基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法測量介電常數(shù)在工程應(yīng)用中具有很大發(fā)展空間。

LDJD系列介電常數(shù)儀簡介

LDJD系列高頻介電常數(shù)及介質(zhì)損耗測試儀能在較高的測試頻率條件下，測量高頻電感或諧振回路的Q值，電感器的電感量和分布電容量，電容器的電容量和損耗角正切值，電工材料的高頻介質(zhì)損耗，高頻回路有效并聯(lián)及串聯(lián)電阻，傳輸線的特性阻抗等。

LDJD系列高頻介電常數(shù)及介質(zhì)損耗測試儀適用于塑料、橡膠、陶瓷等電氣絕緣材料、高分子復(fù)合材料以及漆膜、光學(xué)膠OCA等材料的介電常數(shù)和介質(zhì)損耗的測試。搭配液體電極，可測試果汁、植物萃取劑等有機(jī)材料或溶劑的介電常數(shù)和介質(zhì)損耗。

常見測試材料：

絕緣導(dǎo)熱硅膠、石英晶玻璃、陶瓷片、薄膜、OCA光學(xué)膠、環(huán)氧樹脂材料、塑料材料、FR4 PCB板材、 PA尼龍/滌綸、PE聚乙烯、PTFE聚四氟乙烯、PS聚苯乙烯、PC聚碳酸酯、PVC聚氯乙烯、PMMA聚甲基丙烯酸甲酯等。

常用測試標(biāo)準(zhǔn)：

GB/T 1409-2006 《測量電氣絕緣材料在工頻、音頻、高頻(包括米波波長在內(nèi))下電容率和介質(zhì)損耗因數(shù)的推薦方法》（等效IEC 60250：1969）

GB/T 1693-2007 《硫化橡膠 介電常數(shù)和介質(zhì)損耗角正切值的測定方法》

ASTM D150 《Standard Test Methods for AC Loss Characteristics and Permittivity (Dielectric Constant) of Solid Electrical Insulation》