薄膜塑料介电常数测定仪显示方式 :直读, Δ, Δ%

触发方式 :内部, 手动, 外部, 总线

内部直流偏 :电压模式-5V ～ +5V, ±(10%+10mV), 1mV步进

置源 :电流模式（内阻为50Ω）-100mA ～ +100mA, ±(10%+0.2mA),20uA步进

比较器功能:10档分选及计数功能

显示器;320×240点阵图形LCD显示

存储器 :可保存20组仪器设定值

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

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

工作频率范围：20Hz～2MHz 数字合成，

精度：±0.02%

电容测量范围：0.00001pF～9.99999F 六位数显

电容测量基本误差：±0.05%

损耗因素D值范围：0.00001～9.99999 六位数显

介电常数测试装置（含保护电极）： 精密介电常数测试装置提供测试电极，能对直径φ10～56mm，厚度<10mm的试样精确测量。

它针对不同试样可设置为接触电极法，薄膜电极法和非接触法三种，以适应软材料，表面不平整和薄膜试样测试。

微分头分辨率：10μm

最高耐压：±42Vp（AC+DC）

电缆长度设置：1m

最高使用频率：30MHz

是相对介电常数， A ( e

r ) 是联系相对介电常数以及

微扰腔参数的函数。

此时不论形状尺寸如何，只要得到填充因子s 即可方便求出相对介电常数。利用此方法可以测量几乎

所有的材料的介电常数，但是在校准时要求采用同一形状。在频率上区分，当频率高于1 GHz 时，可以用波导腔测量介电常数，但是当频率高于10 GHz 时，由于基模腔太小等原因，对于介电常数的测量提出了新的挑战。谐振法的具体方法有很多，如：矩形腔法、谐振腔微扰法、微带线谐振器法、带状线谐振器法、介质谐振器法、高Q 腔法等。近年来对于谐振法又有新的方法不断出现和改善。

圆柱腔测量介电常数法是我国在1987 年推出的测量介电常数的方法，经过了对测试夹具的研究和开发及对开缝腔体的研究，测试结果更为准确。其频率测试范围大约为1~10 GHz[33]。此外，关于开放腔方法的改进也非常全面和成熟。开放腔方法中广泛应用了两块很大平型金属板中圆柱介质构成截止开腔的方法，其对于相对介电常数εr 的测量相对准确，但对于损耗角tanβ 测量误差比较大。2006 年有人提出截止波导介质腔测量介电常数，可同时测量微波损耗和介电常数，但只能够用来测量相对介电常数大于10 的样品[34]。同时，因为平行板开式腔有一部分能量顺着馈线和上下金属板之间的结构传输形成辐射损耗，有人提出通过在馈电侧上下金属板间增加短路板用来阻止辐射损耗，并且设计

制作了相应系统，可以通过单端口工作，对圆柱形介质进行测试[35]。近两年出现了很多对于开式腔的改进和发展。由三十八所和东南大学合作的开式腔法自动测量系统，不仅操作简便，而且其测量的相对介电常数以及损耗正切的不确定度小于0.17%和20.4%。此外有人提出准光腔法在毫米波和亚毫米波中的应用有高Q 值、使用简便、不损伤薄膜、灵敏度高、样品放置容易、能检测大面积介质复介电常数均匀性等多项优点，但依然只能在若干分离频率点上进行测量[36]。总而言之，谐振法基本可以测量所有频率范围内的材料的介电常数，但是现有方法中对毫米波范围研究居多；具有单模性能好、Q 值高、腔加工和样品准备简单、操作方便以及测量精度高等优点；但是对于损耗正切的测量一直不能十分准确，同时一般只能在几个分离的频率点上进行测量；同时因为谐振频率和固有品质可以较准确测量，非常适用于对低损耗介质材料的测量。谐振法的技术已经比较完善，但是依然有不足之处：如何确保单频点法的腔长精确性长期被忽略；提取相对介电常数的超越方程存在多值解；依然有较多误差源等[37]。

自由空间法

自由空间法其实也可算是传输线法。它的原理可参考线路传输法，通过测得传输和反射系数，改变样

品数据和频率来得到介电常数的数值。图2 为其示意图。

自由空间法与传输线法有所不同。传输线法要求波导壁和被测材料接触，而自由空间法克服了这

个缺点[38]。自由空间法保存了线路传输法可以测量宽频带范围的优点。自由空间法要求材料要有足够的损耗，否则会在材料中形成驻波并且引起误差。因此，这种方法只适用于高于3 GHz 的高频情况。其高频率可以达到100 GHz。

六端口测量技术

另外，还有一种方法为六端口测量技术。其测量系统如图3。在未填充介质样品时，忽略波导损耗，短路段反 

六端口技术是20 世纪70 年展起来的一项微波自动测量技术，具有造价低廉和结构简单等优点目前六端口技术广泛应用于安全防护、微波计量和工业在线测量中。六端口技术是一种通过测量标量来替业在线测量中。六端口技术是一种通过测量标量来替测量[40]。因此其对设备精度和复杂度的要求都有所下降。同时六端口技术在与计算机控制接口连接的实现上显现出了很大的优势，有利于微波阻抗和网络参数的自动测量。

早在20 世纪90 年代，我国的学术界就提出了许多校验方法，并设计出了精度较高的自动测量系统，提出了选用测量低损耗介质的微波探头的建议[41,42]。近几年六端口技术仍在不断地发展和完善。学术界提出了许多新的解超越方程的方法。同时开始采用Matlab 解超越方程，采用Labview 做人机界面，将Matlab 嵌入其中[43]。总而言之，六端口网络可以在宽频率范围内进行测量，目前NIsT 实验室的六端口系统可以测量10 MHz 到100 GHz 的频率范围；六端口网络有较高的精度，对 s 参数的测量可以达到点频手动测量的水准；与自动网络分析仪比较，结构简单，成本低，体积小；可以通过计算机及其软件对测量进行优化和计算，更利于实现自动化。

3.6.测量方法总结

将上述方法的适用场合、优缺点可以简单总结成表2。

4. 结论介电常数的测量技术已经被应用于生产生活的各个方面，其测量的标准也十分明确。标准中能够测量的频率范围已经覆盖50 MHz 以下及100 M 到30 GHz。但是其对测试材料种类以及介电常数和损耗角的数值范围有明确规定，使得各种标准能够应用的范围不是很广泛。而就测量方法而言，几种主要的测量方法各有利弊。集中电路法适用于低频情况；传输线法频率覆盖范围较广，适用于介电常数较大的材料，其多数方法对于高损和薄膜等材料不太适用，方法简单准确；谐振法只能在有限频率点下进行测量，适用于低损材料，方法简单准确、单模性好；自由空间法准确性相对较差，但是可以实现实地测量；六端口网络法精度高，六端口网络造价低廉，频率覆盖范围广，更适用于以后多种多样的测量情况的需要，但是没有具体的标准可以参考。可见，并不存在一种方法可以代替其他方法，不同的方法都有自己的优点和缺点，在不同的情况下选择具体的方法是十分有必要的。

高频介质样品（选购件）： 在现行高频介质材料检定系统中，检定部门为高频介质损耗测量仪提供的测量标准是高频标准介质样品。该样品由人工蓝宝石，石英玻璃， 氧化铝陶瓷，聚四氟乙烯，环氧板等材料做成Φ50mm，厚1～2mm测试样品。用户可按需订购，以保证测试装置的重复性和准确性。

薄膜塑料介电常数测定仪近几年有人提出了新的确定Ka 波段毫米波损耗材料复介电常数的磁导率的测量方法并给出了确定样品的复介电常数及磁导率的散射方程。此方法有下列优点：1) 计算复介电常数及磁导率方程组是去耦合的，不需要迭代；2) 被测量的频率范围比较宽；3) 与传统方法相比了介电常数测量对样品长度和参考面的位置的依赖性；4) 了NRW 方法在某些频点测量的不确定性[31]。还有人将椭圆偏振法的电些频点测量的不确定性[31]。还有人将椭圆偏振法的电法用测量样品反射波或者投射波相对于入射波偏振状态的改变来计算光电特性和几何参数。毫米波椭圆偏振法得到的复介电常数的虚部比实部低，即计算得到的虚部有一定误差，但它对椭圆偏振法的进一步研究提供了重要的参考依据[32]