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介電常數常用的測量方法有哪些

更新時(shí)間:2024-10-09      點(diǎn)擊次數:524


 

介電常數簡(jiǎn)介

 

復介電常數是描述材料電磁特性的重要特征參數,每種材料都有其特殊的節電特性。隨著(zhù)電介質(zhì)材料在材料科學(xué)、微波工程、電磁學(xué)、生物醫學(xué)、電子技術(shù)、航空技術(shù)等領(lǐng)域的廣泛應用,對介電常數的測量有了更多更高的要求。國內外對介電常數的測試方法可以說(shuō)是遍及民用、工業(yè)、國防等各個(gè)領(lǐng)域,多種多樣,并還在不斷地發(fā)展和完善中。每種測試方法都有其優(yōu)缺點(diǎn)及不同的適用范圍,目前對常用測試方法還沒(méi)有一個(gè)系統的分類(lèi)。

常用測試方法介紹

 

波導法

波導法基于經(jīng)典的NRW 傳輸/ 反射法原理進(jìn)行測量,通過(guò)矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀(VNA)測得S 常數,根據一定算法計算求解出單次的傳輸系數與單次反射系數,并依此求解出待測樣品的介電常數與磁導率。算法求解不涉及超越方程,容易計算推導,但由于傳輸系數的相位模糊性會(huì )產(chǎn)生多值解和厚度諧振問(wèn)題,故需要選擇合適的樣品厚度,一般厚度取1/4 的波導波長(cháng)。波導法常用于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,且裝置結構比較復雜,需SOLT 校準。

諧振腔法

諧振腔法的測試原理是通過(guò)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Q 發(fā)生的差異,反推出待測介質(zhì)的介電常數和磁導率。根據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(jiǎn)單易行,適用于較小尺寸、較低介電常數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(xiàn)諧振器法、帶狀線(xiàn)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和改善。

LDJD系列介電常數儀即采用此種測試方法,可測試70kHZ~110MHz頻段下材料的介電常數和介質(zhì)損耗因素。

 

 

 LDJD-C 介電常數儀-高清版.jpg

北京航天偉創(chuàng ) LDJD-C介電常數儀

自由空間法

自由空間法屬于微波法,測試原理參考傳輸線(xiàn)理論,通過(guò)發(fā)射天線(xiàn)輻射出電磁波,在自由空間傳播并到達待測介質(zhì)時(shí),利用電磁波傳輸原理,一部分電磁波在到達待測介質(zhì)表面時(shí)會(huì )透射與反射,利用以接收天線(xiàn)為主的接收系統并配合矢量網(wǎng)絡(luò )分析測得傳輸和反射系數,并代入后續的算法處理反演推導出待測介質(zhì)的電磁參數。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。但系統設計復雜,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。

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )法

隨著(zhù)計算機技術(shù)發(fā)展和大數據網(wǎng)絡(luò )的應用,出現了通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )測量介電常數的方法。其原理是利用大量已知介電常數介質(zhì)的微波夾具的S 參數對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行訓練后,利用訓練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )對未知介質(zhì)的介電常數進(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 參數進(jìn)行數據的訓練。相對于傳統的介電常數測量方法,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )法結合了微波法和大數據分析法,簡(jiǎn)化了測試難度,靈活性高,可以有效避免求解過(guò)程中的多值問(wèn)題、S 參數校準問(wèn)題,適應性較廣。但由于不是嚴格的解析解,測試精度還需提高??傮w來(lái)講,基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )法測量介電常數在工程應用中具有很大發(fā)展空間。

 

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