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          綜述介電常數(shù)測試儀常用的測量方法

          來源:技術(shù)文章    更新時間:2017-12-19    瀏覽:2862次
          介電常數(shù)是物體的重要物理性質(zhì),對介電常數(shù)的研究有重要的理論和應用意義。電氣工程中的電介質(zhì)問題、電磁兼容問題、生物醫(yī)學、微波、電子技術(shù)、食品加工和地質(zhì)勘探中,無一不利用到物質(zhì)的電磁特性,對介電常數(shù)的測量提出了要求。目前對介電常數(shù)測量方法的應用可以說是遍及民用、工業(yè)、國防的各個領(lǐng)域。
          介電常數(shù)測試儀測量介電常數(shù)的幾種主要方法
          從總體來說,目前介電常數(shù)測試儀測量介電常數(shù)的方法主要有集中電路法、傳輸線法、諧振法、自由空間波法等等。其中,傳輸線法、集中電路法、諧振法等屬于實驗室測量方法,測量通常是在實驗室中進行,要求具有相應的樣品采集技術(shù)。另外對于已知介電常數(shù)材料發(fā)泡后的介電常數(shù)通常用經(jīng)驗公式得到。下面,分別對這幾種方法的原理、特點和發(fā)展現(xiàn)狀等做分別闡述。
          3.1. 集中電路法
          集中電路法是一種在低頻段將有耗材料填充電容,利用電容各參數(shù)以及測量得到的導納推出介電常數(shù)的一種方法。其原理公式為:
          (1)
          其中,Y為導納,A為電容面積,d為極板間距離,ε0為空氣介電常數(shù),ω為角頻率。
          3.2. 傳輸線法
          傳輸線法是網(wǎng)絡(luò)法的一種,是將介質(zhì)置入測試系統(tǒng)適當位置作為單端口或雙端口網(wǎng)絡(luò)。雙端口情況下,通過測量網(wǎng)絡(luò)的s參數(shù)來得到微波的電磁參數(shù)。
          3.3. 諧振法
          諧振法是將樣品作為諧振結(jié)構(gòu)的一部分來測量介電常數(shù)的方法,分為微擾法、全部填充諧振器空間的方法以及部分填充諧振器空間的方法。全部填充可以用公式(6)來計算
          (6)
          其中ε’是復介電常數(shù)實部,ε’’是復介電常數(shù)虛部,Q是品質(zhì)因數(shù),tanδ是損耗角正切,f0是無樣品時的諧振頻率。
          3.4. 自由空間法
          自由空間法其實也可算是傳輸線法。它的原理可參考線路傳輸法,通過測得傳輸和反射系數(shù),改變樣品數(shù)據(jù)和頻率來得到介電常數(shù)的數(shù)值。
          介電常數(shù)測試儀介電常數(shù)的測量技術(shù)已經(jīng)被應用于生產(chǎn)生活的各個方面,其測量的標準也十分明確。國家標準中能夠測量的頻率范圍已經(jīng)覆蓋50 MHz以下及100 M到30 GHz。但是其對測試材料種類以及介電常數(shù)和損耗角的數(shù)值范圍有明確規(guī)定,使得各種標準能夠應用的范圍不是很廣泛。而就測量方法而言,幾種主要的測量方法各有利弊。集中電路法適用于低頻情況;傳輸線法頻率覆蓋范圍較廣,適用于介電常數(shù)較大的材料,其多數(shù)方法對于高損和薄膜等材料不太適用,方法簡單準確;諧振法只能在有限頻率點下進行測量,適用于低損材料,方法簡單準確、單模性好;自由空間法準確性相對較差,但是可以實現(xiàn)實地測量;六端口網(wǎng)絡(luò)法精度高,六端口網(wǎng)絡(luò)造價低廉,頻率覆蓋范圍廣,更適用于以后多種多樣的測量情況的需要,但是沒有具體的標準可以參考。可見,并不存在一種方法可以*代替其他方法,不同的方法都有自己的優(yōu)點和缺點,在不同的情況下選擇具體的方法是十分有必要的。
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