新材料與信息工程、能源工程及生物工程并列為當(dāng)今世界上新技術(shù)革命的四大支柱。材料的發(fā)展在一定程度上反映了一個(gè)時(shí)代的生產(chǎn)力發(fā)展水平，它的品種、產(chǎn)量和質(zhì)量情況是衡量一個(gè)國(guó)家科學(xué)技術(shù)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的一個(gè)重要標(biāo)志。電子材料的發(fā)展在整個(gè)電子科技領(lǐng)域中總是處于最前沿的，它是電子工業(yè)和電子科學(xué)技術(shù)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，是電子技術(shù)進(jìn)步的原動(dòng)力。這不僅表現(xiàn)在電子產(chǎn)品的性能直接依賴于電子材料的特性，還表現(xiàn)在新型電子材料的開(kāi)發(fā)能促進(jìn)許多新型電子元器件的發(fā)展。

各行各業(yè)都需要對(duì)它們所用的材料有非常清晰的了解(圖1)，以便縮短設(shè)計(jì)、進(jìn)廠檢驗(yàn)、流程檢測(cè)和質(zhì)量保證等階段所花費(fèi)的時(shí)間。每種材料都具有一些獨(dú)特的電氣特征，與介電特性有關(guān)。通過(guò)對(duì)介電特性進(jìn)行精確測(cè)量，科技人員和工程師能夠獲得寶貴的信息，從而在具體應(yīng)用中恰當(dāng)?shù)剡\(yùn)用這些材料，創(chuàng)造更可靠的設(shè)計(jì)或監(jiān)測(cè)生產(chǎn)流程，改進(jìn)質(zhì)量控制。

介電材料測(cè)量可以為許多電子應(yīng)用提供關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)信息。電纜絕緣體損耗、基片阻抗或介質(zhì)諧振器頻率都與材料介電特性有關(guān)。信息也有助于改進(jìn)鐵氧體、吸收器和封裝設(shè)計(jì)。通過(guò)充分認(rèn)識(shí)介電特性，汽車、食品和醫(yī)藥行業(yè)中的最新應(yīng)用也獲益匪淺。

針對(duì)不同外形尺寸、電氣參數(shù)、物理狀態(tài)和使用頻段的介質(zhì)材料，需要有對(duì)應(yīng)的測(cè)試測(cè)量方法、測(cè)試夾具、分析計(jì)算方法。是德科技提供多種儀器、夾具和軟件，用于測(cè)量液體、固體材料的介電常數(shù)/磁導(dǎo)率。是德科技測(cè)量?jī)x器(例如網(wǎng)絡(luò)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(cè)材料(MUT)的夾具，分別適用于同軸探頭法、平行板法、同軸/波導(dǎo)傳輸線法、自由空間法和諧振腔法。

二、材料電磁特性測(cè)量

1、平行板法

通過(guò)在兩個(gè)電極之間插入一個(gè)材料或液體薄片組成電容器，然后測(cè)量其電容，根據(jù)測(cè)量結(jié)果計(jì)算介電常數(shù)，見(jiàn)圖2；平行板用到的分銷LCR表及夾具見(jiàn)圖3。

圖 2 平行板法測(cè)量原理

圖 3 平行板用到的分銷LCR表和夾具

平行板法的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)總結(jié)如下：

2、同軸探頭法

同軸探頭是傳輸線截?cái)嗪蟮囊徊糠?。通過(guò)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(duì)材料進(jìn)行測(cè)量。探頭上的場(chǎng)將"邊緣"送入材料中，隨著它們與被測(cè)材料的接觸而緩慢發(fā)生變化(圖4)。反射信號(hào)5(S11)可以通過(guò)測(cè)量得到，它與εr*有關(guān)。使用同軸探頭法的典型測(cè)量系統(tǒng)是由網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)分，還需要使用外部計(jì)算機(jī)通過(guò)GPIB接口控制Fieldfox網(wǎng)絡(luò)分析儀，82357A USB至GPIB接口可以非常方便和靈活地實(shí)現(xiàn)這一連接。對(duì)于ENA系列網(wǎng)絡(luò)分析儀E5061B和E5063A，軟件能夠直接安裝到分析儀中，無(wú)需使用外部計(jì)算機(jī)。

圖 4同軸探頭法

圖5顯示了N1501A套件提供的3個(gè)探頭；高溫探頭(a)、細(xì)長(zhǎng)探頭(b)和高性能探頭(c)。圖中(a)為高溫探頭，右側(cè)是短路件。(b)的底部是3個(gè)細(xì)長(zhǎng)探頭，上面為短路件，還有幾個(gè)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(shí)物和參數(shù)。

圖 5 三種介電探頭配置

圖 6 高溫探頭

同軸探頭法的優(yōu)點(diǎn)和適用范圍如下：

3、諧振腔法（分離介質(zhì)諧振器）

諧振腔法通過(guò)測(cè)量S21比較放入樣品前、后的諧振頻率，根據(jù)公式計(jì)算材料的介電常數(shù)。它能夠測(cè)量低損耗材料 (傳輸反射技術(shù)無(wú)法材料損耗較低的材料)；可對(duì)基片、印刷電路板和薄膜進(jìn)行方便、快速的無(wú)損測(cè)量，因?yàn)椴恍枰厥獾臉颖局苽洌灰m合 SPDR 即可；可測(cè)量多層PCB板。該方法的連接示意圖和夾具見(jiàn)圖7。

圖 7 諧振腔法（分離介質(zhì)諧振器）

諧振腔法的適用范圍和優(yōu)點(diǎn)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(nèi)部。線路通常是一段矩形波導(dǎo)或同軸空氣線 (圖 8)。εr* 和 μr* 根據(jù)反射信號(hào) (S11) 和發(fā)射信號(hào)(S21)的測(cè)量結(jié)果計(jì)算得出。對(duì)材料的要求：樣品填充到夾具橫截面中，夾具壁沒(méi)有空隙，表面平坦光滑,與長(zhǎng)軸垂直，均勻介質(zhì)。傳輸線法的特點(diǎn)有：寬帶―最低頻率受到實(shí)際樣品長(zhǎng)度的限制；有限的低損耗分辨率(取決于樣品長(zhǎng)度)；可測(cè)量磁性材料；使用波導(dǎo)夾具時(shí)測(cè)量各向異性材料。

圖 8 傳輸線法

傳輸線法的優(yōu)點(diǎn)和適用范圍如下：

三、總結(jié)

審核編輯 黃昊宇