介電常數(shù)簡(jiǎn)介

復(fù)介電常數(shù)是描述材料電磁特性的重要特征參數(shù)，每種材料都有其特殊的節(jié)電特性。隨著電介質(zhì)材料在材料科學(xué)、微波工程、電磁學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、電子技術(shù)、航空技術(shù)等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，對(duì)介電常數(shù)的測(cè)量有了更多更高的要求。國(guó)內(nèi)外對(duì)介電常數(shù)的測(cè)試方法可以說(shuō)是遍及民用、工業(yè)、國(guó)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(cè)試方法都有其優(yōu)缺點(diǎn)及不同的適用范圍，目前對(duì)常用測(cè)試方法還沒(méi)有一個(gè)系統(tǒng)的分類(lèi)。

常用測(cè)試方法介紹

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(cè)量，通過(guò)矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀（VNA）測(cè)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(cè)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(wèn)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(zhǎng)。波導(dǎo)法常用于3GHz 以上的高頻段測(cè)量，測(cè)量精度較高，適用于薄片材料測(cè)量，但對(duì)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)。

諧振腔法

諧振腔法的測(cè)試原理是通過(guò)放置待測(cè)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(cè)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(cè)量簡(jiǎn)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(cè)量，測(cè)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(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(xiàn)和改善。

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

北京航天偉創(chuàng) LDJD-C介電常數(shù)儀

自由空間法

自由空間法屬于微波法，測(cè)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(dá)待測(cè)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(cè)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(tǒng)并配合矢量網(wǎng)絡(luò)分析測(cè)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(cè)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(cè)試，測(cè)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(cè)量，不受待測(cè)樣品狀態(tài)限制，主要測(cè)量液體薄膜等。但系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜，樣品尺寸大，需對(duì)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(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)測(cè)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(duì)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(duì)未知介質(zhì)的介電常數(shù)進(jìn)行分析測(cè)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(duì)于傳統(tǒng)的介電常數(shù)測(cè)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(jiǎn)化了測(cè)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(shù)校準(zhǔn)問(wèn)題，適應(yīng)性較廣。但由于不是嚴(yán)格的解析解，測(cè)試精度還需提高?？傮w來(lái)講，基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法測(cè)量介電常數(shù)在工程應(yīng)用中具有很大發(fā)展空間。