新材料與信息工程、能源工程及生物工程并列為當今世界上新技術革命的四大支柱。材料的發展在一定程度上反映了一個時代的生產力發展水平，它的品種、產量和質量情況是衡量一個國家科學技術與經濟發展水平的一個重要標志。電子材料的發展在整個電子科技領域中總是處于最前沿的，它是電子工業和電子科學技術發展的物質基礎，是電子技術進步的原動力。這不僅表現在電子產品的性能直接依賴于電子材料的特性，還表現在新型電子材料的開發能促進許多新型電子元器件的發展。

各行各業都需要對它們所用的材料有非常清晰的了解(圖1)，以便縮短設計、進廠檢驗、流程檢測和質量保證等階段所花費的時間。每種材料都具有一些獨特的電氣特征，與介電特性有關。通過對介電特性進行精確測量，科技人員和工程師能夠獲得寶貴的信息，從而在具體應用中恰當地運用這些材料，創造更可靠的設計或監測生產流程，改進質量控制。

介電材料測量可以為許多電子應用提供關鍵設計參數信息。電纜絕緣體損耗、基片阻抗或介質諧振器頻率都與材料介電特性有關。信息也有助于改進鐵氧體、吸收器和封裝設計。通過充分認識介電特性，汽車、食品和醫藥行業中的最新應用也獲益匪淺。

針對不同外形尺寸、電氣參數、物理狀態和使用頻段的介質材料，需要有對應的測試測量方法、測試夾具、分析計算方法。是德科技提供多種儀器、夾具和軟件，用于測量液體、固體材料的介電常數/磁導率。是德科技測量儀器(例如網絡分析儀、阻抗分析儀和LCR表)能夠覆蓋最高1.1THz的頻率范圍，并提供夾持被測材料(MUT)的夾具，分別適用于同軸探頭法、平行板法、同軸/波導傳輸線法、自由空間法和諧振腔法。

二、材料電磁特性測量

1、平行板法

通過在兩個電極之間插入一個材料或液體薄片組成電容器，然后測量其電容，根據測量結果計算介電常數，見圖2；平行板用到的分銷LCR表及夾具見圖3。

圖 2 平行板法測量原理

圖 3 平行板用到的分銷LCR表和夾具

平行板法的優點和缺點總結如下：

2、同軸探頭法

同軸探頭是傳輸線截斷后的一部分。通過將探頭浸入液體或用其接觸固體(或粉末)材料的平坦表面，對材料進行測量。探頭上的場將"邊緣"送入材料中，隨著它們與被測材料的接觸而緩慢發生變化(圖4)。反射信號5(S11)可以通過測量得到，它與εr*有關。使用同軸探頭法的典型測量系統是由網絡分析儀或阻抗分析儀以及同軸探頭和軟件組成。軟件和探頭均包含在N1501A(原85070E)介電探頭套件中。如果使用FieldFox手持表做網分，還需要使用外部計算機通過GPIB接口控制Fieldfox網絡分析儀，82357A USB至GPIB接口可以非常方便和靈活地實現這一連接。對于ENA系列網絡分析儀E5061B和E5063A，軟件能夠直接安裝到分析儀中，無需使用外部計算機。

圖 4同軸探頭法

圖5顯示了N1501A套件提供的3個探頭；高溫探頭(a)、細長探頭(b)和高性能探頭(c)。圖中(a)為高溫探頭，右側是短路件。(b)的底部是3個細長探頭，上面為短路件，還有幾個其他附件。(c)為高性能探頭，上面是短路件。圖6是高溫探頭的實物和參數。

圖 5 三種介電探頭配置

圖 6 高溫探頭

同軸探頭法的優點和適用范圍如下：

3、諧振腔法（分離介質諧振器）

諧振腔法通過測量S21比較放入樣品前、后的諧振頻率，根據公式計算材料的介電常數。它能夠測量低損耗材料 (傳輸反射技術無法材料損耗較低的材料)；可對基片、印刷電路板和薄膜進行方便、快速的無損測量，因為不需要特殊的樣本制備，只要基片適合 SPDR 即可；可測量多層PCB板。該方法的連接示意圖和夾具見圖7。

圖 7 諧振腔法（分離介質諧振器）

諧振腔法的適用范圍和優點如下：

4、傳輸線法

傳輸線法需要將材料置于一部分封閉的傳輸線內部。線路通常是一段矩形波導或同軸空氣線 (圖 8)。εr* 和 μr* 根據反射信號 (S11) 和發射信號(S21)的測量結果計算得出。對材料的要求：樣品填充到夾具橫截面中，夾具壁沒有空隙，表面平坦光滑,與長軸垂直，均勻介質。傳輸線法的特點有：寬帶―最低頻率受到實際樣品長度的限制；有限的低損耗分辨率(取決于樣品長度)；可測量磁性材料；使用波導夾具時測量各向異性材料。

圖 8 傳輸線法

傳輸線法的優點和適用范圍如下：

三、總結

審核編輯 黃昊宇