介電常數(shù)簡介

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，對介電常數(shù)的測量有了更多更高的要求。國內(nèi)外對介電常數(shù)的測試方法可以說是遍及民用、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有一個(gè)系統(tǒng)的分類。

常用測試方法介紹

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。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)。

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)儀即采用此種測試方法，可測試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。

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。總體來講，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。